Das optische Mikroskop: Funktionsweise und Entwicklung
Ein optisches Mikroskop (Optical Microscope, abgekürzt OM) verwendet optische Prinzipien. Das menschliche Auge kann winzige Objekte in vergrößerten Bildern nicht unterscheiden, sodass Menschen mithilfe optischer Instrumente Informationen über die Mikrostruktur extrahieren können.
Bereits im 1. Jahrhundert v. Chr. entdeckten die Menschen, dass man kleine Objekte durch kugelförmige, transparente Objekte vergrößern und abbilden konnte. Später wurde das Gesetz der Vergrößerung auf kugelförmigen Glasoberflächen allmählich verstanden. Um 1590 bauten niederländische und italienische Brillenhersteller ähnliche Vergrößerungsmikroskope. Um 1610, als Galileo in Italien und Kepler in Deutschland gleichzeitig Teleskope studierten, veränderten sie den Abstand zwischen Objektivlinse und Okular und entwickelten so eine sinnvolle Struktur für den optischen Schaltkreis des Mikroskops. Optiker beschäftigten sich mit der Herstellung, Vermarktung und Verbreitung optischer Geräte und Mikroskope. Zu dieser Zeit beschäftigten sich Optiker mit der Herstellung, Vermarktung und Verbesserung von Mikroskopen.
In der Mitte des 17. Jahrhunderts leisteten der Engländer Robert Hooke und der Holländer Levenhuk herausragende Beiträge zur Entwicklung des Mikroskops. Um 1665 fügte Hooke dem Mikroskop den Grob- und Feinfokussierungsmechanismus, das Beleuchtungssystem und den Tisch zum Tragen der Probenscheiben hinzu. Diese Komponenten wurden kontinuierlich verbessert und wurden zu den Grundkomponenten des modernen Mikroskops.
Zwischen 1673 und 1677 baute Levin Hooke Mikroskope mit hoher Vergrößerung und einer einteiligen Lupe, von denen bis heute neun erhalten sind. Hooker und Levine-Hooker verwendeten dieses selbstgebaute Mikroskop und erzielten herausragende Erfolge bei der Erforschung der Mikrostruktur von Tieren und Pflanzen. Im 19. Jahrhundert kamen hochwertige achromatische Immersionsobjektive auf, die die Fähigkeit des Mikroskops, Mikrostrukturen zu beobachten, erheblich verbesserten. 1827 verwendete Amici als Erster ein Immersionsobjektiv. In den 1870er Jahren legte die Deutsche Abtei die klassischen theoretischen Grundlagen der Mikroskopbildgebung. Diese trugen zur raschen Entwicklung der Mikroskopherstellung und der mikroskopischen Beobachtungstechniken bei und boten Biologen und Medizinern, darunter Koch und Pasteur, in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts ein leistungsstarkes Werkzeug zur Entdeckung von Bakterien und Mikroorganismen.
Parallel zur Entwicklung der Struktur des Mikroskops selbst wurden auch die mikroskopischen Beobachtungstechniken weiterentwickelt: 1850 kam die Polarisationslichtmikroskopie auf, 1893 die interferometrische Mikroskopie und 1935 entwickelte der niederländische Physiker Zelnick die Phasenkontrastmikroskopie, für die er 1953 den Nobelpreis für Physik erhielt.
Das klassische optische Mikroskop war einfach eine Kombination aus optischen und feinmechanischen Elementen, die das menschliche Auge als Empfänger zur Beobachtung des vergrößerten Bildes nutzten. Später wurde dem Mikroskop ein fotografisches Gerät hinzugefügt, und ein fotografischer Film wurde als Empfänger zur Aufzeichnung und Speicherung des Bildes verwendet. Moderne und häufig verwendete fotoelektrische Komponenten, Fernsehröhren und Ladungskoppler als Empfänger des Mikroskops bilden zusammen mit einem Mikrocomputer ein vollständiges System zur Erfassung und Verarbeitung von Bildinformationen.
Optische Linsen aus gekrümmten Oberflächen von Glas oder anderen transparenten Materialien können ein vergrößertes Bild eines Objekts erzeugen. Ein optisches Mikroskop nutzt dieses Prinzip, um winzige Objekte so zu vergrößern, dass ihre Größe für das menschliche Auge ausreichend ist, um sie erkennen zu können. Moderne optische Mikroskope verwenden üblicherweise eine zweistufige Vergrößerung, die durch ein Objektiv und ein Okular ergänzt wird. Befindet sich das zu beobachtende Objekt vor dem Objektiv, wird es in der ersten Vergrößerungsstufe durch das Objektiv in ein umgekehrtes festes Bild verwandelt. Dieses feste Bild wird dann in der zweiten Vergrößerungsstufe durch das Okular in ein imaginäres Bild verwandelt, das für das menschliche Auge sichtbar ist. Die Gesamtvergrößerung eines Mikroskops ist das Produkt aus der Vergrößerung des Objektivs und der Vergrößerung des Okulars. Die Vergrößerung ist das Verhältnis der Vergrößerung zu den linearen Abmessungen, nicht das Flächenverhältnis.
