Mikroskop-Objektive – Einführung

Mikroskopobjektive sind die vielleicht wichtigsten Komponenten eines Lichtmikroskops: sie dienen der Erstellung des primären Bildes und sind daher für die Bildqualität entscheidend. Darüber hinaus bestimmen Objektive die Vergrößerung einer Probe und die Auflösung, mit der feine Probendetails im Mikroskop dargestellt werden können.

Das Objektiv ist die Komponente eines Lichtmikroskops, deren Konstruktion und Montage am schwierigsten ist und auf die das Licht auf seinem Weg von der Probe zur Bildebene als erstes trifft. Objektive verdanken ihren Namen der Tatsache, dass sie dem abzubildenden Objekt (der Probe) am nächsten sind.

Große Mikroskophersteller halten ein großes Angebot an Objektiven bereit, die sich durch hervorragende optische Eigenschaften bei unterschiedlichsten Beleuchtungsbedingungen auszeichnen und eine Korrektur der primären optischen Aberrationen in unterschiedlichem Umfang bieten. Bei dem in Abbildung 1 dargestellten Objektiv handelt es sich um ein Apochromat-Objektiv mit 250-facher Vergrößerung und langem Arbeitsabstand. Es besteht aus 14 optischen Elemente, die zu drei Linsendupletten, einem Linsentriplett und drei einzelnen innen liegenden Einzellinsen zusammengefügt sind. Das Objektiv verfügt außerdem über eine halbkugelförmige Frontlinse und eine sekundäre Menikuslinse, die synchron arbeiten, um Lichtstrahlen bei hoher numerischer Apertur mit einem Minimum an sphärischer Aberration zu erfassen. Viele Objektive mit hoher Vergrößerung und ähnlicher Bauart haben zudem einen federbelasteten, einziehbaren Nasenkonus, der die vorderen Linsenelemente und die Probe vor Kollisionsschäden schützt. Die internen Linsenelemente sind sorgfältig ausgerichtet und in enger Abfolge in einem rohrförmigen Messinggehäuse untergebracht, das vom Objektivtubus umschlossen wird. Spezielle Objektivparameter wie numerische Apertur, Vergrößerung, optische Tubuslänge, Grad der Aberrationskorrektur und andere wichtige Merkmale sind außen auf dem Tubus aufgedruckt oder eingraviert. Das in Abbildung 1 gezeigte Objektiv ist für die Verwendung von Luft als Abbildungsmedium zwischen der Frontlinse des Objektivs und der Probe ausgelegt. Andere Objektive verfügen über Frontlinsenelemente, die in Wasser, Glycerin oder ein spezielles Öl auf Kohlenwasserstoffbasis eingetaucht werden können.

Heute sind Objektive aus zahlreichen internen Glaslinsen zusammengesetzt und bieten ein hohes Maß an Qualität und Leistung, wobei das Ausmaß der Korrektur von Aberrationen und Planität des Sehfelds den Nutzen und die Kosten eines Objektivs bestimmen. Die Konstruktionstechniken und die für die Herstellung von Objektiven verwendeten Materialien haben sich im Laufe der letzten 100 Jahre enorm verbessert. Heutzutage werden Objektive mit Hilfe von CAD-Systemen (Computer Aided Design) entworfen, und es werden fortschrittliche Glasrezepturen mit seltenen Elementen von einheitlicher Zusammensetzung und Qualität und hochspezifischen Brechungsindizes verwendet. Aufgrund der verbesserten Leistung, die mit diesen fortschrittlichen Techniken erzielt wird, lassen sich Objektive herstellen, die eine sehr geringe Dispersion aufweisen und hinsichtlich der meisten optischen Artefakte wie Koma, Astigmatismus, geometrische Verzeichnung, Feldkrümmung, sphärische und chromatische Aberration korrigiert sind. Mikroskop-Objektive sind jetzt nicht nur für mehr Aberrationen über breitere Felder korrigiert. Auch die Überstrahlung des Bilds wurde durch eine erhebliche Steigerung der Lichtdurchlässigkeit drastisch reduziert, was zu bemerkenswert hellen, scharfen und klaren Bildern führt.

Drei entscheidende Konstruktionsmerkmale des Objektivs bestimmen die endgültige Auflösungsgrenze des Mikroskops. Dazu gehören die Wellenlänge des Lichts, mit dem das Objekt beleuchtet wird, die Winkelöffnung des vom Objektiv erfassten Lichtkegels und der Brechungsindex im Objektraum zwischen der Objektivfrontlinse und dem Objekt. Das Auflösungsvermögen eines beugungsbegrenzten optischen Mikroskops kann als der kleinste erkennbare Abstand zwischen zwei eng beieinander liegenden Objektpunkten beschrieben werden:

R = λ/2n(sin(θ))

wobei R für den Trennungsabstand, λ für die Wellenlänge der Beleuchtung, n der für den Brechungsindex des Abbildungsmediums und θ für die halbe Winkelöffnung des Objektivs stehen. Aus der Gleichung wird deutlich, dass die Auflösung direkt proportional zur Wellenlänge der Beleuchtung ist. Das menschliche Auge nimmt Wellenlängen im Bereich zwischen 400 und 700 Nanometern wahr (das sichtbare Lichtspektrum, das für die meisten mikroskopischen Beobachtungen verwendet wird). Die Auflösung hängt auch vom Brechungsindex des Abbildungsmediums und der Winkelöffnung des Objektivs ab. Objektive sind so konzipiert, dass sie Proben entweder mit Luft oder einem Medium mit höherem Brechungsindex zwischen der Frontlinse und dem Objekt abbilden. Das Sehfeld ist oft relativ begrenzt, und das Frontlinsenelement des Objektivs befindet sich nahe am Objekt, mit dem es in optischem Kontakt stehen muss. Wenn Immersionsöl anstelle von Luft als Abbildungsmedium verwendet wird, verbessert sich die Auflösung um einen Faktor von etwa 1,5.

Der letzte, aber vielleicht wichtigste Faktor bei der Bestimmung des Auflösungsvermögens eines Objektivs ist die Winkelöffnung, die eine praktische Obergrenze von etwa 72 Grad (mit einem Sinuswert von 0,95) hat. Das Produkt in Verbindung mit dem Brechungsindex:

n(sin(θ))

wird als numerische Apertur (abgekürzt NA) bezeichnet und ist ein praktischer Indikator für die Auflösung eines bestimmten Objektivs. Somit ist die numerische Apertur im Allgemeinen das wichtigste Designkriterium (neben der optischen Korrektur) bei der Auswahl eines Mikroskopobjektivs. Die Werte reichen von 0,1 bei Objektiven mit sehr geringer Vergrößerung (1x bis 4x) bis zu 1,6 bei Hochleistungsobjektiven für spezielle Immersionsöle. Mit zunehmender numerischer Apertur für eine Reihe von Objektiven gleicher Vergrößerung wird im Allgemeinen ein größeres Lichtsammelvermögen und eine höhere Auflösung beobachtet. Der Mikroskopiker sollte die Objektivvergrößerung sorgfältig wählen, sodass im Idealfall gerade aufgelöste Details ausreichend vergrößert werden, um sie gut darstellen zu können, aber nicht so weit, dass eine leere Vergrößerung die Betrachtung feiner Probendetails behindert.

So wie die Helligkeit der Beleuchtung in einem Mikroskop durch das Quadrat der numerischen Arbeitsapertur des Kondensors bestimmt wird, wird die Helligkeit eines vom Objektiv erzeugten Bildes durch das Quadrat seiner numerischen Apertur bestimmt. Darüber hinaus spielt auch die Objektivvergrößerung eine Rolle bei der Bestimmung der Bildhelligkeit, die sich umgekehrt proportional zum Quadrat der seitlichen Vergrößerung verhält. Das Quadrat des Verhältnisses zwischen numerischer Apertur und Vergrößerung drückt die Lichtstärke des Objektivs aus, wenn es mit Durchlicht verwendet wird. Da Objektive mit hoher numerischer Apertur Aberrationen oft besser korrigieren, sammeln sie auch mehr Licht und erzeugen ein helleres, besser korrigiertes Bild mit hoher Auflösung. Die Bildhelligkeit nimmt aber mit zunehmender Vergrößerung schnell ab. In Fällen, in denen die Lichtstärke ein begrenzender Faktor ist, empfiehlts ich ein Objektiv mit der höchsten numerischen Apertur, aber mit dem niedrigsten Vergrößerungsfaktor, der eine angemessene Auflösung ermöglicht.

In den meisten Labormikroskopen werden achromatische Objektive verwendet, da sie am günstigsten (und daher am gebräuchlichsten) sind. Diese Objektive sind für die axiale chromatische Aberration in zwei Wellenlängenbereichen (blau und rot; etwa 486 bzw. 656 Nanometer) korrigiert, die in einen einzigen gemeinsamen Brennpunkt gebracht werden. Außerdem sind achromatische Objektive für die sphärische Aberration in der Farbe Grün (546 Nanometer; siehe Tabelle 1) korrigiert. Die begrenzte Korrektur achromatischer Objektive kann zu erheblichen Artefakten führen, wenn Proben mit Farbmikroskopie und Fotomikrografie untersucht und abgebildet werden. Wenn der Fokus im grünen Bereich des Spektrums gewählt wird, weisen die Bilder einen rötlich-magentafarbenen Lichtsaum auf (auch Halo genannt). In der Fotomikrografie werden mit achromatischen Objektiven die besten Ergebnisse erzielt, wenn das Licht durch einen Grünfilter (häufig ein Interferenzfilter) geleitet wird und ein Schwarz-Weiß-Film verwendet wird. Die fehlende Korrektur der Bildebnung (oder Plankorrektur) ist ein weitere Nachteil achromatischer Objektive. In den letzten Jahren haben die meisten Hersteller begonnen, Flachfeldkorrekturen für achromatische Objektive anzubieten (als Plan-Achromaten bezeichnet).

Besser korrigiert und auch entsprechend teurer sind die als Fluorit-Objektive oder Semi-Apochromaten bezeichnete Objektive (mittleres Objektiv in Abbildung 2). Die Bezeichnung kommt von dem Mineral Fluorit, das ursprünglich für ihre Herstellung verwendet wurde. In Abbildung 2 sind die drei Hauptkategorien von Objektiven dargestellt: Die Achromaten mit der geringsten Korrektur, wie oben beschrieben; die Fluorit-Objektive (oder Semi-Apochromaten), die zusätzlich eine sphärische Korrektur ermöglichen; und die Apochromaten mit der höchsten Korrektur auf dem Markt. Das Objektiv ganz links in Abbildung 2 ist ein Achromat mit 10-facher Vergrößerung, der zwei innen liegende Linsendupletten und ein Frontlinsenelement enthält. Das mittlere Objektiv in Abbildung 2 ist ein Fluorit-Objektiv mit 10-facher Vergrößerung und mehreren Linsengruppen, darunter zwei Dupletten und ein Triplett, sowie einer halbkugelförmigen Frontlinse und einer sekundären Meniskuslinse. Rechts in Abbildung 2 ist ein apochromatisches Objektiv mit 10-facher Vergrößerung zu sehen, das ebenfalls mehrere Linsengruppen und Einzelelemente enthält. Die Linsen sind zwar ähnlich aufgebaut wie bei den Fluorit-Objektiven, haben aber unterschiedliche Krümmungen und Stärken und sind in einer Konfiguration angeordnet, die nur bei Apochromaten zu finden ist.

Korrektur der optischen Aberration durch das Objektiv

Tabelle 1

Für die Montage des Objektivs werden die Linsen mit strategischem Abstand in die Zellenaufnahmen eingesetzt und dann in einen zentralen Hülsenzylinder verpackt, der im Inneren des Objektivtubus montiert wird. Die einzelnen Linsen werden gegen eine Aufnahme aus Messing gesetzt, wobei sich die Linse in einem präzisen Drehfutter drehen kann. Anschließend werden sie mit einem dünnen Metallrand versehen, der die Linse (oder Linsengruppe) fixiert. Die sphärische Aberration wird durch die Auswahl des optimalen Satzes von Abstandshaltern zwischen den beiden unteren Linsenaufnahmen (Halbkugel- und Meniskuslinse) korrigiert. Das Objektiv wird parfokal gemacht, indem die gesamte Linsengruppe innerhalb der Hülse mit Feststellmuttern nach oben oder unten verschoben wird, so dass Objektive, die auf einem Mehrfachobjektivrevolver untergebracht sind, ohne Fokusverlust ausgetauscht werden können. Die Justierung auf Koma erfolgt über drei Zentrierschrauben, mit denen die Position der internen Linsengruppen in Bezug auf die optische Achse des Objektivs optimiert werden kann.

Fluorit-Objektive werden aus modernen Glasrezepturen hergestellt, die Materialien wie Flussspat oder neuere synthetische Stoffe enthalten. Diese neuen Rezepturen ermöglichen eine deutlich verbesserte Korrektur der optischen Aberration. Ähnlich wie Achromate sind auch Fluorit-Objektive chromatisch für rotes und blaues Licht korrigiert. Außerdem sind Fluorit-Objektive genauso wie Achromate sphärisch für zwei oder drei Farben korrigiert und nicht nur für eine Farbe. Da Fluorit-Objektive im Vergleich zu Achromaten eine bessere Korrektur ermöglichen, können sie mit einer höheren numerischen Apertur hergestellt werden, sodass die Bilder heller sind. Fluorit-Objektive haben außerdem ein besseres Auflösungsvermögen als Achromate und bieten einen höheren Kontrast, so dass sie sich für die Farb-Fotomikrografie bei Weißlicht besser eignen als Achromate.

Die höchste Korrektur wird mit apochromatischen Objektiven erreicht (Abbildung 2 und 3). Diese Objektive sind aber auch am teuersten. Apochromat-Objektive sind die am stärksten korrigierten Mikroskopobjektive auf dem Markt. Aufgrund ihres komplexen Designs und der für ihre Herstellung erforderlichen Sorgfalt bei der Montage haben sie auch einen entsprechend hohen Preis. Abbildung 3 zeigt den Vergleich der Linsenelemente einer Reihe von apochromatischen Objektiven mit einer Vergrößerung von 10x bis 100x. Die Apochromat-Objektive mit geringerer Leistung (10x und 20x) haben einen längeren Arbeitsabstand, und die Gesamtobjektivlänge ist kürzer als bei Apochromat-Objektiven mit höherer Leistung (40x und 100x). Üblicherweise werden Apochromaten chromatisch für drei Farben (Rot, Grün und Blau) korrigiert, wodurch die chromatische Aberration nahezu eliminiert wird, und sie werden sphärisch für zwei oder drei Wellenlängen korrigiert (siehe Tabelle 1). Apochromatische Objektive sind die beste Wahl für die Farb-Fotomikrografie bei weißem Licht. Aufgrund ihres hohen Korrekturgrades haben apochromatische Objektive bei einer bestimmten Vergrößerung in der Regel eine höhere numerische Apertur als Achromat- oder Fluorit-Objektive. Viele der neueren Fluorit- und Apochromat-Hochleistungsobjektive sind für vier (dunkelblau, blau, grün und rot) oder mehr Farben chromatisch und für vier Farben sphärisch korrigiert.

Alle drei Objektivtypen weisen eine ausgeprägte Bildfeldkrümmung auf und projizieren eher gekrümmte als ebene Bilder – ein Artefakt, das mit zunehmender Vergrößerung stärker wird. Um dem entgegen zu wirken, wurden Objektive mit Flachfeldkorrektur entwickelt. Sie liefern Bilder, die im gesamten Sehfeld scharf sind. Objektive mit Flachfeldkorrektur und geringer Verzeichnung werden, je nach Grad der verbleibenden Aberration, als Plan-Achromat-, Plan-Fluorit- oder Plan-Apochromat-Objektive bezeichnet. Eine solche Korrektur ist zwar teuer, aber für die digitale Bildgebung und die herkömmliche Fotomikrografie sehr wertvoll.

Die unkorrigierte Bildfeldkrümmung ist die schwerwiegendste optische Aberration bei Fluorit- (Semi-Apochromat) und Apochromat-Objektiven und wurde viele Jahre lang als unvermeidliches Artefakt toleriert. Im Routinebetrieb musste das Sehfeld ständig zwischen der Mitte und den Rändern neu fokussiert werden, um alle Details der Probe zu erfassen. Die Einführung der Flachfeldkorrektur bei Objektiven perfektionierte deren Einsatz in der Fotomikrografie und Videomikroskopie. Inzwischen sind diese Korrekturen sowohl bei Objektiven für den allgemeinen Gebrauch als auch bei Hochleistungsobjektiven Standard geworden. Durch die Korrektur der Bildfeldkrümmung wird das Objektiv um eine beträchtliche Anzahl von Linsenelementen erweitert, wie in Abbildung 4 mit einem einfachen Achromaten dargestellt. Der unkorrigierte Achromat auf der linken Seite in Abbildung 4 enthält neben einem einfachen dünnen Frontlinsenelement zwei Dupletten. Im Gegensatz dazu enthält der korrigierte Planachromat rechts in Abbildung 4 drei Linsendupletten, eine zentrale Linsentriplettgruppe und eine Meniskuslinse hinter der halbkugelförmigen Frontlinse. Die Plankorrektur hat in diesem Fall zur Hinzufügung von sechs Linsenelementen geführt, die in anspruchsvolleren Linsengruppen gebündelt sind, was die optische Komplexität des Objektivs drastisch erhöht. Die erhebliche Zunahme der Linsenelemente für die Plankorrektur tritt auch bei Fluorit- und Apochromat-Objektiven auf und führt häufig zu einem extrem engen Sitz der Linsenelemente (siehe Abbildung 1) in der inneren Objektivhülse. Im Allgemeinen geht bei Planobjektiven mit korrigierter Bildfeldkrümmung ein beträchtlicher Teil des freien Arbeitsabstands verloren, und viele der hochvergrößernden Versionen haben eine konkave Frontlinse, die extrem schwierig zu reinigen und zu warten ist.

Ältere Objektive haben in der Regel eine geringere numerische Apertur und unterliegen einer Aberration, die als chromatische Vergrößerungsdifferenz bezeichnet wird und mithilfe speziell entwickelter Ausgleichsokulare korrigiert werden muss. Diese Art der Korrektur bei Mikroskopen mit fester Tubuslänge weit verbreitet, ist aber bei modernen unendlich korrigierten Objektiven und Mikroskopen nicht mehr erforderlich. In den letzten Jahren erfolgte bei modernen Mikroskopobjektiven die Korrektur der chromatischen Vergrößerungsabweichung entweder im Objektiv selbst (Olympus und Nikon) oder in der Tubuslinse (Leica und Zeiss).

Das Zwischenbild in einem unendlich korrigierten System erscheint bei der Referenzbrennweite (früher: optische Tubuslänge) hinter der Tubuslinse im optischen Strahlengang. Diese Länge variiert zwischen 160 und 250 Millimetern, je nach den vom Hersteller auferlegten Konstruktionsbeschränkungen. Die Vergrößerung eines unendlich korrigierten Objektivs wird berechnet, indem die Referenzbrennweite durch die Brennweite der Objektivlinse geteilt wird.

Bei den meisten biologischen und petrographischen Anwendungen wird ein Deckglas verwendet, um die Probe zu schützen und ein klares Fenster zur Beobachtung zu erhalten. Mit dem Deckglas werden die Lichtkegel, die von jedem Punkt des Objekts ausgehen, konvergiert, es ergeben sich aber chromatische und sphärische Aberrationen (und folglich Kontrastverluste), die von dem Objektiv korrigiert werden müssen. Der Grad der Konvergenz der Lichtstrahlen wird durch den Brechungsindex, die Dispersion und die Dicke des Deckglases bestimmt. Zwar sollte der Brechungsindex innerhalb einer Charge von Deckgläsern relativ konstant sein, aber deren Dicke kann zwischen 0,13 und 0,22 Millimetern variieren. Ein weiteres Problem ist das wässrige Lösungsmittel oder überschüssiges Eindeckmedium, das sich bei nassen bzw. dick eingebetteten Präparaten zwischen Probe und Deckglas befindet. In physiologischer Kochsalzlösung beispielsweise, deren Brechungsindex sich deutlich von dem des Deckglases unterscheidet, muss das Objektiv durch eine nur wenige Mikrometer dicke Wasserschicht hindurch fokussieren, was zu erheblichen Aberrationen und einer Abweichung der Punktausbreitungsfunktion führt, die oberhalb und unterhalb der Fokusebene nicht mehr symmetrisch ist. Diese Faktoren tragen zu den effektiven Schwankungen des Brechungsindex und der Dicke des Deckglases bei und sind für den Mikroskopiker nur sehr schwer zu kontrollieren.

Das Abbildungsmedium zwischen der Frontlinse des Objektivs und dem Deckglas des Objekts ist auch sehr wichtig für die Korrektur der sphärischen Aberration und der Koma bei der Konstruktion von Linsenelementen für Objektive. Objektive mit geringerer Leistung haben relativ niedrige numerische Aperturen und sind für die trockene Verwendung mit Luft als Abbildungsmedium zwischen der Objektivfrontlinse und dem Deckglas ausgelegt. Die maximale theoretische numerische Apertur, die mit Luft erreicht werden kann, beträgt 1,0. In der Praxis ist es jedoch praktisch unmöglich, ein Trockenobjektiv mit einer numerischen Apertur über 0,95 herzustellen. Bei Trockenobjektiven mit einer numerischen Apertur von weniger als 0,4 ist die Auswirkung der Deckglasdicke vernachlässigbar. Bei numerischen Aperturen von mehr als 0,65 wird diese Abweichung jedoch signifikant, da Schwankungen von nur 0,01 Millimetern zu sphärischer Aberration führen können. Dies ist problematisch bei leistungsstarken Apochromaten, die sehr kurze Arbeitsabstände in der Luft einhalten müssen und empfindliche Korrekturen für sphärische Aberration enthalten, was es schwierig macht, scharfe Bilder zu erhalten.

Um hier Abhilfe zu schaffen, sind viele leistungsstarke Apochromat-Trockenobjektive mit Korrekturringen ausgestattet, die eine Korrektur der sphärischen Aberration ermöglichen, indem sie Schwankungen in der Deckglasdicke ausgleichen (Abbildung 5). Die optische Korrektur der sphärischen Aberration erfolgt durch Drehen des Korrekturrings, wodurch zwei der Linsengruppen im Objektiv entweder näher zusammen oder weiter auseinander rücken. Bei dem Objektiv links in Abbildung 5 wurde der Korrekturring auf eine Deckglasdicke von 0,20 mm eingestellt, indem die verstellbaren Linsenelemente sehr nahe zusammengebracht wurden. Im Gegensatz dazu sind bei dem Objektiv rechts in Abbildung 5 die verstellbaren Linsenelemente durch einen relativ großen Abstand getrennt, um sehr dünne Deckgläser (0,13 mm) auszugleichen. Die meisten Korrekturring-Objektive für die aufrechte Durchlichtmikroskopie haben einen Einstellbereich für variierende Deckglasdicken zwischen 0,10 und 0,23 mm. Viele der speziellen Phasenkontrast-Objektive, die für die Betrachtung von Gewebekulturproben mit einem inversen Mikroskop entwickelt wurden, haben einen noch größeren Kompensationsbereich von 0 bis 2 mm. Dadurch können die Proben durch den Boden der meisten Kulturgefäße hindurch betrachtet werden, deren Dicke in diesem Größenbereich oft starken Schwankungen unterworfen ist. Objektive mit Korrekturring können auch für die Untersuchung von Proben ohne Deckglas eingesetzt werden, z. B. von Blutausstrichen, sofern die Einstellung auf 0 gesetzt wird, um das fehlende Deckglas zu berücksichtigen.

Trockenobjektive mit hoher numerischer Apertur, die keinen Korrekturring haben, erzeugen oft schlechtere Bilder als Objektive mit niedriger numerischer Apertur, bei denen die Deckglasdicke weniger entscheidend ist. Aus diesem Grund ist es oft ratsam, ein Objektiv mit geringerer Vergrößerung (und numerischer Apertur) zu wählen, um einen besseren Kontrast ohne die Artefakte zu erzielen, die durch Schwankungen der Deckglasdicke entstehen. So kann beispielsweise ein 40x Objektiv mit einer numerischen Apertur von 0,65 bessere Bilder mit schärferem Kontrast und größerer Klarheit erzeugen als ein 60x Objektiv mit einer numerischen Apertur von 0,85, obwohl das Auflösungsvermögen des Objektivs mit der höheren Vergrößerung theoretisch größer ist.

Die Standarddicke für Deckgläser beträgt 0,17 mm (Deckgläser der Nummer 1½). Leider werden nicht alle Deckgläser der Nummer 1½ mit dieser engen Toleranz hergestellt (zwischen 0,16 und 0,19 Millimetern), und bei vielen Proben befindet sich zwischen Probe und Deckglas ein Medium. Der Ausgleich der Deckglasdicke kann durch die Anpassung der mechanischen Tubuslänge des Mikroskops oder (wie bereits erwähnt) durch die Verwendung spezieller Korrekturringe erreicht werden, die den Abstand zwischen kritischen Elementen im Objektivtubus verändern. Der Korrekturring dient dazu, diese feinen Unterschiede auszugleichen, um eine optimale Leistung des Objektivs zu gewährleisten. Die ordnungsgemäße Verwendung von Objektiven mit Korrekturringen erfordert Erfahrung und Sorgfalt bei der Neueinstellung des Korrekturrings anhand geeigneter Bildkriterien. In den meisten Fällen kann sich der Fokus verschieben und das Bild kann während der Einstellung des Korrekturrings wandern. Mit den folgenden Schritten kann der Korrekturring eines Objektivs unter Beobachtung der Veränderungen des Probenbilds in kleinen Schritten verstellt werden.

• Positionieren Sie die Korrekturringe so, dass die Markierung auf dem Objektivtubus mit der auf dem Manschettengehäuse eingravierten Skalenmarkierung von 0,17 mm übereinstimmt.
• Legen Sie eine Probe auf den Objekttisch und fokussieren Sie das Mikroskop auf ein kleines Merkmal der Probe.
• Drehen Sie den Korrekturring ganz leicht und stellen Sie das Objektiv erneut scharf, um festzustellen, ob sich das Bild verbessert oder verschlechtert hat. Da die meisten mit einem Deckglas/Medium überschichteten Probenpräparate sehr dick sind, sollten Sie beim Drehen zunächst mit größeren Ausgleichswerten (0,18–0,23) beginnen.
• Wiederholen Sie den vorherigen Schritt, um festzustellen, ob sich das Bild verbessert oder verschlechtert, wenn der Korrekturring in eine Richtung gedreht wird.
• Hat sich das Bild verschlechtert, befolgen Sie die gleichen Schritte und drehen Sie den Korrekturring in die entgegengesetzte Richtung (zu niedrigeren Werten), um die Position zu finden, die eine optimale Auflösung und einen optimalen Kontrast bietet.

Die numerische Apertur eines Objektivs lässt sich durch die Verwendung eines Immersionsmediums wie Öl, Glyzerin oder Wasser drastisch erhöhen. Durch die Verwendung eines Immersionsmediums mit ähnlichem Brechungsindex wie ein Deckglas werden Bildverschlechterungen aufgrund von Dickenvariationen des Deckglases praktisch eliminiert, wodurch sehr schräge Strahlen keine Brechung mehr erfahren und vom Objektiv leichter erfasst werden. Typische Immersionsöle haben einen Brechungsindex von 1,51 und eine ähnliche Dispersion wie Deckgläser aus Glas. Lichtstrahlen, die die Probe durchdringen, treffen auf ein homogenes Medium zwischen Deckglas und Immersionsöl und werden nicht beim Eintritt in die Linse, sondern erst beim Austritt aus deren Oberseite gebrochen. Daraus folgt, dass die Abbildung durch diesen Teil des Linsensystems völlig frei von sphärischer Aberration ist, wenn die Probe im aplanatischen Punkt (im Brennpunkt und in der Mitte des Sehfelds) des ersten Objektivs platziert wird.

Ein praktisches Ölimmersionsobjektiv besteht allgemein aus einem halbkugelförmigen Frontlinsenelement, gefolgt von einer positiven Meniskuslinse und einer Doppellinsengruppe. In Abbildung 6 sind die aplanatischen Brechungen an den ersten beiden Linsenelementen in einem typischen apochromatischen Ölimmersionsobjektiv dargestellt. Die Probe wird zwischen dem Objektträger und dem Deckglas am Punkt P, dem aplanatischen Punkt des halbkugelförmigen Linsenelements, eingesetzt. Lichtstrahlen, die an der Rückseite der halbkugelförmigen Linse gebrochen werden, scheinen vom Punkt P(1) auszugehen, der auch der Krümmungsmittelpunkt der ersten Oberfläche der Meniskuslinse ist. Die gebrochenen Lichtstrahlen treten in die Meniskuslinse entlang des Radius ihrer ersten Oberfläche ein und erfahren an dieser Oberfläche keine Brechung. An der Rückfläche der Meniskuslinse werden die Lichtstrahlen aplanatisch gebrochen, so dass sie vom Punkt P(2) aus divergieren. Die Brechung der Lichtstrahlen an den Oberflächen der nachfolgenden Linsengruppen im Objektiv vervollständigt die Konvergenz der Lichtstrahlen, die vom Punkt P ausgehen, wodurch das Zwischenbild gebildet wird.

Richtig konstruierte Ölimmersionsobjektive korrigieren auch die chromatischen Fehler, die durch die ersten beiden Linsenelemente verursacht werden, während sie gleichzeitig ein Minimum an sphärischer Aberration verursachen. Die Tatsache, dass der Lichtkegel vor dem Eintritt in das erste Linsenelement teilweise konvergiert wird, hilft bei der Kontrolle der sphärischen Aberration. Es ist zu beachten, dass die Verwendung eines Ölimmersionsobjektivs ohne Öl zwischen dem Deckglas und dem ersten Linsenelement zu einer mangelhaften Bildqualität führt. Dies ist auf die Brechung an der Oberfläche der Frontlinse zurückzuführen, die zu einer sphärischen Aberration führt, die durch die nachfolgenden Linsenkomponenten im Objektiv nicht korrigiert werden kann.

Wenn die falsche Immersionsflüssigkeit verwendet wird, gehen die Vorteile von Ölimmersionsobjektiven verloren. Hersteller von Mikroskopen produzieren Objektive mit engen Toleranzen für Brechungsindex und Dispersion, die entsprechende Werte in der Flüssigkeit zwischen Deckglas und Objektivfrontlinse erfordern. Es empfiehlt sich, nur das vom Objektivhersteller vorgesehene Öl zu verwenden und keine Immersionsöle verschiedener Hersteller zu mischen, um unangenehme Artefakte wie Kristallisation oder Phasentrennung zu vermeiden.

Für Anwendungen mit lebenden Zellen in Kulturen oder Gewebeschnitten in physiologischer Kochsalzlösung sind auch Objektive erhältlich, die Wasser und/oder Glycerin als Abbildungsmedium verwenden. Die planapochromatischen Wasserimmersionsobjektive sind mit Korrekturringen ausgestattet und haben eine numerische Apertur von bis zu 1,2, also etwas weniger als ihre Pendants für die Ölimmersion. Mit diesen Objektiven können Mikroskopiker durch wässrige Medien bis zu 200 Mikrometer hindurch fokussieren und trotzdem eine hervorragende optische Korrektur beibehalten. Der Nachteil ist, dass Wasserimmersionsobjektive mit hoher numerischer Apertur oft mehrere Tausend Euro kosten und das Bild sich dennoch verschlechtern kann, wenn das Objektiv durch lichtbrechendes Gewebe oder Zellteile hindurch auf einer tiefen Ebene fokussiert wird. Weitere Einzelheiten zu Wasser-, Glyzerin- und Ölimmersionsobjektiven finden Sie in unserem Abschnitt über Immersionsmedien in der Mikroskopie-Fibel.

Auf dem Objektivtubus sind viele Informationen eingraviert, wie in unserem Abschnitt über Spezifikationen und Kennzeichnung von Objektiven beschrieben. So ist auf jedem Objektiv die Vergrößerung angegeben (z. B. 10x, 20x oder 40x usw.); die Tubuslänge, für die das Objektiv entwickelt wurde, um die besten Bilder zu liefern (normalerweise 160 Millimeter oder das Unendlichkeitssymbol); und die Dicke des Deckglases zum Schutz der Probe, wobei bei der Korrektur der sphärischen Aberration von einem konstanten Wert ausgegangen wird (in der Regel 0,17 Millimeter). Ist das Objektiv für die Verwendung mit einem Tropfen Öl ausgelegt, ist darauf OIL oder OEL oder HI (homogene Immersion) eingraviert. Wenn diese Bezeichnungen nicht auf dem Objektiv eingraviert sind, sollte das Objektiv trocken verwendet werden, d. h. mit Luft zwischen dem untersten Teil des Objektivs und der Probe. Auf den Objektiven ist auch immer der Wert der numerischen Apertur (NA) eingraviert. Dieser Wert kann zwischen 0,04 für Objektive mit geringer Leistung und 1,3 oder 1,4 für apochromatische Ölimmersionsobjektive mit hoher Leistung liegen. Wenn das Objektiv keine Bezeichnung für eine höhere Korrektur aufweist, kann man in der Regel davon ausgehen, dass es sich um ein achromatisches Objektiv handelt. Stärker korrigierte Objektive tragen Aufschriften wie Apochromat oder Apo, Plan, FL, Fluor usw. Bei älteren Objektiven ist oft die Brennweite (Abstand zwischen Linse und Bild; ein Maß für die Vergrößerung) auf dem Tubus eingraviert. Bei modernen Mikroskopen ist das Objektiv für eine bestimmte optische Tubuslänge ausgelegt, so dass die Angabe von Brennweite und Vergrößerung auf dem Tubus überflüssig wird.

In Tabelle 2 sind Arbeitsabstand und numerische Apertur in Abhängigkeit von der Vergrößerung für die vier gängigsten Objektivklassen aufgeführt: Achromat-, Plan-Achromat-, Plan-Fluorit- und Plan-Apochromat-Objektive. Trockenobjektive haben alle eine numerische Apertur von weniger als 1,0; nur Objektive für flüssige Immersionsmedien haben eine höhere numerische Apertur.

Objektivspezifikationen nach Vergrößerung

Tabelle 2

Wenn ein Satz aufeinander abgestimmter Objektive eines Herstellers, z. B. alle achromatischen Objektive verschiedener Vergrößerungen (eine Untergruppe der in Tabelle 2 aufgeführten Objektive), am Objektivrevolver montiert ist, sind sie in der Regel so konstruiert, dass sie ein Bild auf ungefähr die gleiche Ebene im Tubus projizieren. So erfordert der Objektivwechsel durch Drehen des Objektivrevolvers in der Regel nur eine minimale Betätigung des Feintriebs, um die Schärfe wiederherzustellen. Solche Objektive werden als parfokal bezeichnet und bieten Vorteile im Hinblick auf Komfort und Sicherheit. Abgestimmte Objektivgruppen sind auch so konzipiert, dass sie parzentrisch sind, so dass eine im Sehfeld eines Objektivs zentrierte Probe zentriert bleibt, wenn der Objektivrevolver gedreht wird, um ein anderes Objektiv zu verwenden.

Viele Jahre lang entsprachen die für biologische Anwendungen konzipierten Objektive der meisten Hersteller einer internationalen Norm für den parfokalen Abstand. Die meisten hatten einen parfokalen Abstand von 45,0 Millimetern und galten als austauschbar. Mit der Umstellung auf unendlich korrigierte Tubuslängen entstanden neue Konstruktionskriterien zur Korrektur von Abbildungsfehlern in den Objektiv- und Tubuslinsen. In Verbindung mit der steigenden Nachfrage nach größerer Flexibilität, um dem Bedarf an immer größeren Arbeitsabständen mit höheren numerischen Aperturen und Feldgrößen gerecht zu werden, verschwand die Austauschbarkeit zwischen Objektiven verschiedener Hersteller. Ein Beispiel ist das moderne optische System Nikon CFI-60, das mit chromfreien Objektiven, Tubuslinsen und Okularen ausgestattet ist. Jede Komponente des CFI-60-Systems ist separat korrigiert, ohne dass eine Komponente zur Korrektur einer anderen herangezogen wird. Die Tubuslänge ist mit einer Tubuslinse auf unendlich eingestellt (paralleler Strahlengang), und der parfokale Abstand wurde auf 60 Millimeter erhöht. Auch die Größe des Objektivgewindes wurde von 20,32 auf 25 Millimeter geändert, um den neuen Anforderungen an das optische System gerecht zu werden.

Der Felddurchmesser in einem optischen Mikroskop wird durch die Sehfeldzahl oder einfach Feldzahl ausgedrückt. Sie gibt den Durchmesser des Sehfelds in Millimetern an und wird in der Zwischenbildebene gemessen. Der Felddurchmesser in der Ebene des Objekts (der Probe) ergibt sich aus der Feldzahl geteilt durch die Vergrößerung des Objektivs. Obwohl die Sehfeldzahl häufig durch die Vergrößerung und den Durchmesser der Okularblende begrenzt ist, gibt es eindeutig eine Grenze, die auch durch die Konstruktion des Objektivs vorgegeben ist. Bei den ersten Mikroskopobjektiven war der maximal nutzbare Felddurchmesser auf etwa 18 Millimeter begrenzt (oder auf deutlich weniger bei Okularen mit hoher Vergrößerung). Moderne Planapochromaten und andere spezialisierte Flachfeldobjektive haben jedoch oft ein nutzbares Feld zwischen 22 und 28 Millimetern, wenn sie mit Weitfeldokularen kombiniert werden. Leider ist die maximale nutzbare Feldzahl in der Regel nicht auf dem Objektivtubus eingraviert und auch nicht in Mikroskopkatalogen aufgeführt.

Der axiale Bereich, durch den ein Objektiv ohne nennenswerte Veränderung der Bildschärfe fokussiert werden kann, wird als Feldtiefe bezeichnet. Dieser Wert variiert zwischen Objektiven mit niedriger und hoher numerischer Apertur erheblich, wobei er in der Regel mit zunehmender numerischer Apertur abnimmt (siehe Tabelle 3 und Abbildung 7). Bei hohen numerischen Aperturen wird die Feldtiefe hauptsächlich durch die Wellenoptik bestimmt, während bei niedrigeren numerischen Aperturen der geometrische optische „Zerstreuungskreis“ dominiert. Die Gesamtfeldtiefe ergibt sich aus der Summe der Wellenfeldtiefe und der geometrisch-optischen Feldtiefe:

dtot = λn/NA2 + (n/M•NA)e

wobei λ für die Wellenlänge der Beleuchtung, n für den Brechungsindex des Abbildungsmediums, NA für die numerische Apertur des Objektivs, M für die seitliche Vergrößerung des Objektivs und e für die kleinste Entfernung, die von einem Detektor, der in der Bildebene des Objektivs angeordnet ist, aufgelöst werden kann, stehen. Es ist zu beachten, dass die beugungsbegrenzte Feldtiefe (der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung) umgekehrt zum Quadrat der numerischen Apertur abnimmt, während die laterale Auflösungsgrenze mit der ersten Potenz der numerischen Apertur abnimmt. Das Ergebnis ist, dass die axiale Auflösung und die Dicke der optischen Schnitte viel stärker von der numerischen Apertur des Systems beeinflusst werden als die laterale Auflösung des Mikroskops (Tabelle 3).

Feldtiefe und Bildtiefe

Tabelle 3

Der Abstand zwischen der nächstgelegenen Fläche des Deckglases und der Objektivfrontlinse wird als Arbeitsabstand bezeichnet. Soll die Probe ohne Deckglas abgebildet werden, wird der Arbeitsabstand an der tatsächlichen Oberfläche der Probe gemessen. Im Allgemeinen nimmt der Arbeitsabstand bei einer Reihe von angepassten Objektiven mit zunehmender Vergrößerung und numerischer Apertur ab (Tabelle 2). Objektive, die für die Betrachtung von Proben mit Luft als Abbildungsmedium bestimmt sind, sollten einen möglichst großen Arbeitsabstand haben, sofern die Anforderungen an die numerische Apertur erfüllt sind. Immersionsobjektive hingegen sollten einen geringeren Arbeitsabstand haben, um die Immersionsflüssigkeit zwischen der Frontlinse und der Probe zu halten. Viele Objektive, die für kurze Arbeitsabstände konzipiert sind, verfügen über einen federbelasteten Rückzugsstopper, mit dem die Frontlinse eingefahren werden kann, indem man sie in das Objektivgehäuse schiebt und durch Drehen einrastet. Ein solches Zubehör ist praktisch, wenn das Objektiv im Objektivrevolver gedreht wird, damit das Immersionsöl nicht über den sauberen Objektträger verschmiert wird. Durch Drehen des Rückzugsstoppers in die entgegengesetzte Richtung wird die Linsenbaugruppe zur Verwendung freigegeben. Bei bestimmten Anwendungen (siehe unten) ist ein großer freier Arbeitsabstand unabdingbar. Für diesen Zweck gibt es spezielle Objektive, allerdings ist es schwierig, große numerische Aperturen und den erforderlichen Grad der optischen Korrektur zu erreichen.

Einer der wichtigsten Fortschritte bei der Konstruktion von Objektiven in den letzten Jahren ist die Verbesserung der Antireflexionsbeschichtung, die dazu beiträgt, unerwünschte Reflexionen zu verringern, die beim Durchgang von Licht durch ein Linsensystem auftreten. Jede unbeschichtete Luft-Glas-Grenzfläche kann zwischen vier und fünf Prozent eines senkrecht zur Oberfläche einfallenden Lichtstrahls reflektieren, was bei normalem Lichteinfall zu einem Transmissionswert von 95–96 Prozent führt. Durch das Aufbringen einer Antireflexionsschicht in der Dicke einer viertel Wellenlänge mit geeignetem Brechungsindex kann dieser Wert um drei bis vier Prozent verbessert werden. Da Objektive immer anspruchsvoller werden und immer mehr Linsenelemente enthalten, steigt auch die Notwendigkeit, interne Reflexionen zu eliminieren. Einige moderne Objektive mit einem hohen Korrektionsgrad können bis zu 15 Linsenelemente mit vielen Luft-Glas-Grenzflächen enthalten. Wären die Linsen unbeschichtet, würden allein die Reflexionsverluste der axialen Strahlen die Transmissionswerte auf etwa 50 Prozent abfallen lassen. Die einst zur Reduzierung von Blendeffekten und zur Verbesserung der Transmission verwendeten einschichtigen Vergütungen sind inzwischen durch mehrschichtige Vergütungen ersetzt worden, die im sichtbaren Spektralbereich Transmissionswerte von über 99,9 Prozent erreichen.

Abbildung 8 zeigt eine schematische Darstellung von Lichtwellen, die von einem mit zwei Antireflexionsschichten beschichteten Linsenelement reflektiert werden und/oder dieses passieren. Die einfallende Welle trifft in einem Winkel auf die erste Schicht (Schicht A in Abbildung 3), was dazu führt, dass ein Teil des Lichts reflektiert (R(o)) und ein Teil durch die erste Schicht durchgelassen wird. Beim Auftreffen auf die zweite Antireflexionsschicht (Schicht B) wird ein weiterer Teil des Lichts im selben Winkel reflektiert und überlagert sich mit dem von der ersten Schicht reflektierten Licht. Ein Teil der verbleibenden Lichtwellen wandert weiter zur Glasoberfläche, wo sie wiederum reflektiert und durchgelassen werden. Das von der Glasoberfläche reflektierte Licht überlagert sich (sowohl verstärkend als auch abschwächend) mit dem von den Antireflexionsschichten reflektierten Licht. Die Brechungsindizes der Antireflexionsschichten unterscheiden sich von denen des Glases und des umgebenden Mediums (Luft). Beim Durchgang der Lichtwellen durch die Antireflexionsschichten und die Glasoberfläche wird ein Großteil des Lichts (je nach Einfallswinkel, der bei der optischen Mikroskopie in der Regel senkrecht zur Linse steht) schließlich durch das Glas übertragen und zu einem Bild gebündelt.

Als Material für eine dünn aufgetragene optische Antireflexionsbeschichtung kommt beispielsweise Magnesiumfluorid in Frage. Die meisten Mikroskop- und Objektivhersteller entwickeln und verwenden jedoch inzwischen eigene proprietäre Beschichtungen. Das allgemeine Ergebnis ist eine drastische Verbesserung des Kontrasts und der Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich bei gleichzeitiger destruktiver Interferenz in harmonisch verwandten Frequenzen, die außerhalb des Transmissionsbandes liegen. Diese speziellen Beschichtungen können durch unsachgemäße Handhabung leicht beschädigt werden, was vom Mikroskopiker beachtet werden muss. Mehrschichtige Antireflexionsbeschichtungen sind leicht grünlich (im Gegensatz zum violetten Farbton der einschichtigen Beschichtungen), sodass der Farbton ein Unterscheidungsmerkmal ist. Die Oberflächenschicht von Antireflexionsbeschichtungen auf Innenlinsen ist oft viel weicher als die entsprechenden Beschichtungen zum Schutz der Oberflächen außen liegender Linsen. Bei der Reinigung von optischen Oberflächen, die mit dünnen Schichten beschichtet sind, ist große Vorsicht geboten, insbesondere, wenn das Mikroskop zerlegt wurde und die inneren Linsenelemente einer genauen Prüfung unterzogen werden.

Die Brennweite eines Linsensystems ist definiert als die Entfernung von der Linsenmitte bis zu einem Punkt, an dem parallele Strahlen auf der optischen Achse gebündelt werden (oft als Hauptbrennpunkt bezeichnet). Eine imaginäre Ebene, die senkrecht zum Hauptbrennpunkt steht, wird als Brennebene des Linsensystems bezeichnet. Jedes Objektiv hat zwei Hauptbrennpunkte für den Lichteinfall auf jeder Seite, einen vorne und einen hinten. Üblicherweise wird die Brennebene des Objektivs, die sich näher am vorderen Linsenelement befindet, als vordere Brennebene und die Brennebene, die sich hinter dem Objektiv befindet, als hintere Brennebene bezeichnet. Die tatsächliche Position der hinteren Brennebene variiert je nach Objektivkonstruktion, befindet sich jedoch bei Objektiven mit hoher Vergrößerung im Allgemeinen im Inneren des Objektivtubus. Objektive mit geringerer Vergrößerung haben häufig eine hintere Brennebene, die sich außerhalb des Tubus im Bereich des Gewindes oder innerhalb des Objektivrevolvers befindet.

Wenn Lichtstrahlen ein Objektiv durchqueren, werden sie durch die hintere Öffnung oder die Austrittspupille des Objektivs eingeschränkt. Der Durchmesser dieser Blende variiert zwischen 12 Millimetern bei Objektiven mit geringer Vergrößerung und etwa 5 Millimetern bei apochromatischen Objektiven mit höchster Leistung. Bei Epi-Beleuchtungsanwendungen, bei denen das Objektiv sowohl als Abbildungssystem als auch als Kondensor fungiert und die Austrittspupille gleichzeitig zur Eintrittspupille wird, ist die Aperturgröße wesentlich. Das Bild der Lichtquelle muss die hintere Öffnung des Objektivs vollständig ausfüllen, um eine gleichmäßige Ausleuchtung des gesamten Sehfeldes zu erreichen. Wenn das Bild der Lichtquelle kleiner ist als die Blende, kommt es zu einer Vignettierung durch ungleichmäßige Ausleuchtung des Bildes. Ist das Bild der Lichtquelle hingegen größer als die hintere Öffnung, gelangt ein Teil des Lichts nicht in das Objektiv und die Beleuchtungsintensität wird verringert.

Vorreiter der Entwicklung hochwertiger Mikroskopobjektive war Ernst Abbe, der in den späten 1880er Jahren in Zusammenarbeit mit Carl Zeiss und Otto Schott erstmals apochromatische Objektive und Ausgleichsokulare entwickelte. Der nächste große Fortschritt in der Objektivkonstruktion war die Konstruktion der ersten Planachromat- und Planapochromat-Objektive durch Hans Boegehold (Zeiss) in den späten 1930er Jahren. In jüngerer Zeit führte die Entwicklung der „chromfreien“ (CF) Optik durch Zenji Wahimoto (Nikon) und Horst Riesenberg (Zeiss) zu einer erneuten Revolution im Design von Mikroskopobjektiven.

Bei vielen der heute hergestellten Mikroskop-Objektive ist der Grad der Aberration und anderer Unvollkommenheiten bemerkenswert gering, vorausgesetzt, man wählt das richtige Objektiv und verwendet es richtig. Der Mikroskopiker muss sich jedoch darüber im Klaren sein, dass Objektive nicht dazu ausgelegt sind, in jeder Hinsicht perfekt zu sein, sondern vielmehr dazu, je nach Verwendungszweck, räumlichen Beschränkungen und Preisklasse bestimmte Spezifikationen zu erfüllen. Daher werden Objektive mit unterschiedlichen Korrekturgraden für chromatische und sphärische Aberration, Feldgröße und Planität, Transmissionswellenlängen, Freiheit von Fluoreszenz, Doppelbrechung und anderen Faktoren, die zum Hintergrundrauschen beitragen, hergestellt. Darüber hinaus sind sie für den Einsatz unter bestimmten Bedingungen ausgelegt, z. B. für bestimmte Tubuslängen und Tubuslinsen, Immersionsmedien und Deckgläser bestimmter Art und Dicke, Wellenlängenbereiche, Feldgrößen, Okulartypen und Spezialkondensoren. Ultimativ dient ein Lichtmikroskops dazu, winzige Proben so zu vergrößern, dass sie im Detail betrachtet werden können. Damit enthüllen sie eine verborgene Welt unsichtbarer Objekte, die dem Blick sonst verborgen bleiben würden.