Das Okular ist ein unverzichtbarer Bestandteil eines Mikroskops, der eine entscheidende Rolle bei der Betrachtung von Proben spielt. Es ist der Teil, durch den der Mikroskopiker blickt, und seine Hauptfunktion besteht darin, das vom Objektiv erzeugte Zwischenbild so zu vergrößern, dass es vom menschlichen Auge bequem und detailliert betrachtet werden kann. Okulare werden manchmal auch als Okularlinsen bezeichnet, aber im Sinne der Einheitlichkeit sprechen wir hier durchweg von Okularen.
Um optimale Ergebnisse in der Mikroskopie zu erzielen, ist es von größter Bedeutung, Okulare zu verwenden, die speziell für die Korrektur und den Typ des verwendeten Objektivs konzipiert sind. Ein typisches modernes Okular verfügt über einen grundlegenden Aufbau, der aus mehreren Linsenelementen und einer festen Blende besteht. Wichtige Informationen über die Eigenschaften und Funktionen eines Okulars sind oft als Beschriftungen auf der Seite des Gehäuses angegeben.
Aufbau und Beschriftungen von Okularen
Die Beschriftungen auf einem Okular liefern wichtige Hinweise zu seinen Eigenschaften. Häufig finden sich Abkürzungen wie WF für Weitfeld oder UWF für Ultraweitfeld, die auf ein größeres sichtbares Feld hinweisen. Die Bezeichnung HE steht für hohe Einblickhöhe (High Eyepoint), was bedeutet, dass der Benutzer die Probe auch mit Brille betrachten kann, da der optimale Augenabstand zur Linse vergrößert ist. Weitere Beschriftungen können SW und SWF für Superweitwinkel sein, oder CF für Okulare, die für die Verwendung mit CF-korrigierten Objektiven vorgesehen sind.
Kompensationsokulare sind oft mit K, C oder comp sowie ihrer Vergrößerung gekennzeichnet. Okulare, die in Verbindung mit Plan-Objektiven verwendet werden, können als plankompensiert bezeichnet sein. Die Vergrößerung des Okulars wird ebenfalls auf dem Gehäuse angegeben, beispielsweise 10X. Eine weitere wichtige Beschriftung ist die Sehfeldzahl (Field Number, FN), oft angegeben als A/xx, wobei xx den Durchmesser der festen Blende im Okular in Millimetern angibt. Diese Blende bestimmt die Größe des kreisförmigen Sichtfeldes, das beim Blick durch das Mikroskop sichtbar ist. Moderne Okulare können zusätzliche Merkmale wie einen Fokustrieb zur Scharfeinstellung von Strichplatten und eine Rändelschraube zur Fixierung der Position aufweisen. Gummiaugenmuscheln sind heute ebenfalls üblich; sie helfen, das Auge im richtigen Abstand zu positionieren und störende Reflexionen von Umgebungslicht zu minimieren.
Arten von Okularen
Okulare lassen sich grob in verschiedene Typen einteilen, basierend auf der Anordnung ihrer Linsen und der Blende.
Einfache Okulare: Negativ und Positiv
Es gibt zwei Hauptarten einfacher Okulare:
- Negative Okulare (Huygens-Okulare): Diese verfügen über eine innere Blende, die sich zwischen den Linsen befindet. Sie bestehen typischerweise aus zwei Linsen: einer Augenlinse (dem Auge am nächsten) und einer Feldlinse (unterhalb der Blende). In ihrer einfachsten Form sind beide Linsen plankonvex, wobei die konvexen Seiten zum Objekt gerichtet sind. Die feste Blende in der Mitte bestimmt die Größe des Sichtfeldes. Das einfachste negative Okular, das Huygens-Okular, ist häufig bei Lehr- und Labormikroskopen mit Achromaten zu finden. Obwohl die einzelnen Linsen nicht perfekt korrigiert sind, heben sich ihre Aberrationen meist gegenseitig auf. Stärker korrigierte negative Okulare können aus mehreren verkitteten Linsenelementen bestehen.
- Positive Okulare (Ramsden-Okulare): Bei diesen Okularen liegt die Blende unterhalb der Linsen. Sie bestehen ebenfalls aus einer Augenlinse und einer Feldlinse, die plankonvex sind, aber die Feldlinse ist so montiert, dass ihre gekrümmte Oberfläche zur Augenlinse zeigt. Die vordere Brennebene dieses Okulars liegt direkt unter der Feldlinse, auf Höhe der Okularblende, was es gut für die Aufnahme von Strichplatten (Messskalen) geeignet macht. Die beiden Linsen können für eine bessere Korrektur verkittet werden.
Modifizierte Einfache Okulare
Verbesserte Versionen der einfachen Okulare existieren ebenfalls. Das Kellner-Okular ist eine modifizierte Version des Ramsden-Okulars. Es besteht aus zwei verkitteten Linsenelementen und bietet eine höhere Einblickhöhe sowie ein deutlich größeres Sehfeld als die einfachen Ramsden- oder Huygens-Okulare. Auch das einfache Huygens-Okular kann modifiziert werden. Diese modifizierten Okulare sind leistungsfähiger als ihre einfachen Gegenstücke, eignen sich aber in der Regel nur für Achromate mit geringer Leistung.
Kompensationsokulare
Einfache Okulare korrigieren nicht den verbleibenden Farbunterschied (chromatische Vergrößerungsdifferenz) im Zwischenbild, insbesondere bei der Verwendung mit hochvergrößernden Achromaten oder Fluorit- und Apochromaten. Kompensationsokulare wurden entwickelt, um dieses Problem zu beheben, indem sie einen entgegengesetzten chromatischen Fehler in die Linsenelemente einführen. Sie können positiv oder negativ sein und sollten in Verbindung mit Fluorit-, Apochromaten und allen Plan-Objektiven bei allen Vergrößerungen verwendet werden (auch mit Achromaten ab 40X). Bei modernen Mikroskopsystemen erfolgt die Korrektur der chromatischen Vergrößerungsabweichung oft bereits im Objektiv oder in der Tubuslinse.
Kompensationsokulare sind entscheidend für die Vermeidung chromatischer Aberrationen bei hochkorrigierten Objektiven. Es ist wichtig, die vom Hersteller für ein bestimmtes Objektiv empfohlenen Kompensationsokulare zu verwenden. Die Verwendung eines falschen Okulars mit einem für eine endliche Tubuslänge (160 oder 170 mm) ausgelegten Apochromaten kann zu erhöhten Farbfehlern (roten Streifen außen, blauen innen) und einer schlechteren Bildebenheit führen.
Moderne Okulare
Die Weiterentwicklung der Okularkonstruktion hat zu leistungsfähigeren Typen geführt, wie dem Periplan-Okular. Dieses komplexe Okular kann sieben oder mehr Linsenelemente enthalten, die zu Dubletts, Tripletts und Einzellinsen verkittet sind. Konstruktive Verbesserungen bei Periplan-Okularen ermöglichen eine bessere Korrektur chromatischer Aberrationen, eine verbesserte Bildebenheit und insgesamt bessere Eigenschaften bei der Verwendung hochwertiger Objektive.
Moderne Mikroskope verwenden oft plankorrigierte Objektive, die ein Primärbild mit deutlich geringerer Feldkrümmung erzeugen. Zudem haben viele Mikroskope breitere Tuben und damit größere Zwischenbilder. Um diesen Eigenschaften gerecht zu werden, gibt es heute Weitwinkelokulare (wie in Abbildung 1 angedeutet), die den sichtbaren Bereich um bis zu 40 Prozent vergrößern können. Da die Korrekturtechniken von Hersteller zu Hersteller variieren, ist es unerlässlich, nur die vom Hersteller für seine Objektive empfohlenen Okulare zu verwenden.
Wichtige Eigenschaften von Okularen
Mehrere Eigenschaften definieren die Leistung und den Komfort eines Okulars.
Hohe Einblickhöhe (High Eyepoint, HE)
Die Lichtstrahlen, die das Okular verlassen, kreuzen sich an der Austrittspupille oder Einblickhöhe, auch Ramsden-Scheibe genannt. Dies ist der Punkt, an dem sich die Pupille des Auges befinden sollte, um das gesamte Sehfeld zu sehen. Bei einfachen Okularen liegt diese Einblickhöhe oft nur 8–10 mm von der Augenlinse entfernt. Höhere Okularvergrößerungen können die Einblickhöhe noch näher an die Linse bringen, was die Betrachtung erschwert, besonders für Brillenträger.
Okulare mit hoher Einblickhöhe wurden entwickelt, um dieses Problem zu lösen. Sie bieten einen Augenabstand von 20–25 mm von der Augenlinsenoberfläche. Diese Okulare haben oft Augenlinsen mit größerem Durchmesser und enthalten mehr optische Elemente, was in der Regel auch eine bessere Bildebenheit bedeutet. Sie sind oft mit dem Buchstaben H auf dem Gehäuse gekennzeichnet. Okulare mit hoher Einblickhöhe sind nicht nur nützlich für Brillenträger, sondern machen die Betrachtung auch für Nicht-Brillenträger angenehmer und reduzieren die Ermüdung.
Sehfeld-Durchmesser (Feldzahl, FN)
Die Größe des sichtbaren Bereichs beim Blick durch das Okular wird durch die Sehfeldzahl oder Feldzahl (FN) angegeben. Diese Zahl, in Millimetern, ist der Durchmesser der festen Blende im Okular. Aus der Sehfeldzahl eines Okulars lässt sich der tatsächliche Durchmesser des Objektsuchfelds auf der Probe berechnen:
Sichtfeld-Durchmesser = (FN) / (M(O) × M(T))
Dabei ist FN die Feldzahl in Millimetern, M(O) die Objektivvergrößerung und M(T) der Vergrößerungsfaktor der Tubuslinse (falls vorhanden). Zum Beispiel, mit einem Okular mit FN = 26,5 und einem 40X-Objektiv bei einem Tubusfaktor von 1,25, beträgt der Sichtfelddurchmesser: 26,5 / (40 * 1,25) = 26,5 / 50 = 0,53 mm.
Die folgende Tabelle zeigt Beispiele für Sehfeldgrößen mit einem SWF 10X Okular (FN=26,5) bei verschiedenen Objektivvergrößerungen:
| Objektiv Vergrößerung | Sichtfeld-Durchmesser (mm) |
|---|---|
| 0,5X | 42,4 |
| 1X | 21,2 |
| 2X | 10,6 |
| 4X | 5,3 |
| 10X | 2,12 |
| 20X | 1,06 |
| 40X | 0,53 |
| 50X | 0,42 |
| 60X | 0,35 |
| 100X | 0,21 |
| 150X | 0,14 |
| 250X | 0,085 |
Bereich der förderlichen Vergrößerung
Die Kombination aus Okular und Objektiv sollte so gewählt werden, dass eine optimale Vergrößerung erreicht wird, ohne unnötige Bildverschlechterung zu verursachen. Die förderliche Vergrößerung ist der Bereich, in dem Details sichtbar gemacht werden, ohne dass das Bild unscharf wird oder keine neuen Informationen mehr liefert.
Der Bereich der förderlichen Vergrößerung wird durch die Numerische Apertur (NA) des Objektivs bestimmt. Die minimale förderliche Vergrößerung wird oft willkürlich auf das 500-Fache der NA festgelegt (500 × NA). Unterhalb dieses Wertes werden möglicherweise nicht alle Details, die das Objektiv auflösen kann, vom Auge wahrgenommen.
Die maximale förderliche Vergrößerung liegt typischerweise beim 1.000-Fachen der NA (1000 × NA). Eine Vergrößerung jenseits dieses Wertes, bekannt als 'leere Vergrößerung', liefert keine zusätzlichen nützlichen Informationen oder eine feinere Auflösung von Details, sondern führt eher zu einer Verschlechterung des Bildes. Das Bild wird größer, aber unschärfer und verwaschen.
Die folgende Tabelle zeigt typische Objektiv-Okular-Kombinationen, die innerhalb des Bereichs der förderlichen Vergrößerung liegen:
| Objektiv (NA) | Okulare (Vergrößerung) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 10X | 12,5X | 15X | 20X | 25X | |
| 2,5X (0.08) | × | × | |||
| 4X (0.12) | × | × | × | ||
| 10X (0.35) | × | × | × | × | |
| 25X (0.55) | × | × | × | × | |
| 40X (0.70) | × | × | × | ||
| 60X (0.95) | × | × | × | ||
| 100X (1.42) | × | × |
Es ist ratsam, Okular-Objektiv-Kombinationen innerhalb dieses förderlichen Bereichs zu wählen, um die bestmögliche Bildqualität und Detailauflösung zu erzielen.
Spezielle Okulare für Messung und Fotografie
Okulare können mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet sein, um Messungen durchzuführen oder die Mikrofotografie zu erleichtern.
Messskalierungen (Strichplatten)
Für Messzwecke können Okulare mit einer kleinen kreisförmigen Glasplatte, einer sogenannten Strichplatte oder Skalierung, in der Ebene der Okularfeldblende ausgestattet werden. Diese Strichplatten haben typischerweise Markierungen wie ein Maßlineal oder ein Gitter, die in die Oberfläche geätzt sind. Da die Strichplatte in derselben Ebene wie die Feldblende liegt, erscheint sie scharf und überlagert das Bild der Probe. Okulare mit Strichplatten benötigen einen Fokussiermechanismus (oft ein Schneckentrieb oder Schieber), um das Bild der Strichplatte scharf auf das Präparatbild einzustellen.
Es gibt verschiedene Arten von Strichplatten. Einige dienen dazu, den Bereich für die Mikrofotografie zu markieren (z. B. für 35-mm-Film oder größere Formate). Andere sind Mikrometerlineale zur Messung von Abständen. Gitter können verwendet werden, um das Sichtfeld für Zählungen zu unterteilen. Spezielle Strichplatten, wie gekreuzte Mikrometer, werden in Polarisationsmikroskopen verwendet. Die genaue Art und Verfügbarkeit hängt vom Hersteller ab.
Filarmikrometer
Für hochpräzise Messungen wird oft ein Filarmikrometer verwendet. Dieses ersetzt das Standardokular und bietet höhere Genauigkeit als einfache Strichplatten. Es enthält eine Strichplatte mit einer Messskala und einen sehr feinen Draht, der zusammen mit dem Präparat fokussiert wird. Der Draht kann mittels einer kalibrierten Rändelschraube seitlich am Mikrometer langsam über das Sichtfeld bewegt werden. Eine vollständige Umdrehung der Rändelschraube entspricht einem bestimmten Abstand auf der Strichplatte. Durch Bewegen des Drahtes von einem Punkt zum anderen auf dem Präparatbild und Notieren der Änderungen an der Rändelschraube lässt sich der Abstand sehr genau messen. Filarmikrometer und auch einfache Strichplatten müssen für jedes verwendete Objektiv mit einem Tischmikrometer kalibriert werden, um genaue Messungen zu gewährleisten.
Bewegliche Zeiger
Einige Okulare sind mit einem beweglichen Zeiger ausgestattet, der als Silhouette in der Bildebene erscheint. Dieser Zeiger ist nützlich, um auf bestimmte Merkmale der Probe hinzuweisen, besonders bei Lehrvorführungen oder Demonstrationen. Die meisten Zeiger können um 360° gedreht werden; modernere Versionen erlauben oft auch eine Verschiebung über das gesamte Sichtfeld.
Fotookulare und Projektionsobjektive
Spezielle Okulare für die Mikrofotografie werden oft als Fotookulare oder Projektionsobjektive bezeichnet. Diese sind in der Regel negative (Huygens-)Okulare und können nicht für die visuelle Betrachtung virtueller Bilder verwendet werden. Projektionsobjektive müssen sorgfältig korrigiert sein, um flache und farbtreue Bilder zu erzeugen, was für die Mikrofotografie unerlässlich ist. Sie sind in verschiedenen Vergrößerungsfaktoren erhältlich (z. B. 1X bis 5X), um die Größe des endgültigen Bildes anzupassen.
Fokussierfernrohr
Bei modernen Mikroskopen mit integrierten Kamerasystemen ist oft ein Fokussierfernrohr mit Strahlenteiler vorhanden. Dieses Teleskop ermöglicht die Betrachtung, Fokussierung und Bildgestaltung der Probe speziell für die Mikrofotografie. Es enthält typischerweise eine Mikrofotografie-Strichplatte, die den auf Film oder Sensor aufgenommenen Bereich markiert. Das Fokussierfernrohr kann so eingestellt werden, dass es parfokal mit den Hauptokularen ist, was den Übergang von der visuellen Betrachtung zur Fotografie erleichtert.
Auswahl des richtigen Okulars
Die Auswahl des passenden Okulars ist entscheidend für die Leistung Ihres Mikroskops. Es ist immer empfehlenswert, zuerst das Objektiv sorgfältig auszuwählen und dann ein Okular zu beschaffen, das kompatibel und für dieses Objektiv geeignet ist. Hersteller geben oft Empfehlungen oder bieten speziell aufeinander abgestimmte Okular-Objektiv-Systeme an.
Eine einfache Methode zur Unterscheidung zwischen einfachen Okularen (wie Huygens, Ramsden) und stärker kompensierten Okularen ist die Farbe eines Rings, der beim Blick durch das Okular oder gegen eine Lichtquelle um den Rand der Okularblende sichtbar ist. Einfache Okulare zeigen typischerweise einen blauen Ring, während stärker korrigierte Kompensationsokulare einen gelb-rot-orangen Ring aufweisen.
Die Terminologie der verschiedenen Hersteller kann verwirrend sein. Achten Sie daher genau auf die Angaben in Produktbroschüren und Mikroskophandbüchern, um sicherzustellen, dass Sie die richtigen Okulare für Ihre spezifischen Objektive auswählen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist die Okularlinse eines Mikroskops?
Der Begriff „Okularlinse“ kann sich auf das gesamte Okular beziehen oder speziell auf die Augenlinse, die dem Auge des Betrachters am nächsten gelegene Linse im Okular.
Welche Aufgabe hat die Okularlinse eines Mikroskops?
Die Okularlinse, bzw. das Okular als Ganzes, vergrößert das Zwischenbild, das vom Objektiv des Mikroskops erzeugt wird. Diese zusätzliche Vergrößerung macht das Bild für das menschliche Auge sichtbar und ermöglicht die detaillierte Betrachtung der Probe.
Wie wähle ich das richtige Okular aus?
Bei der Auswahl eines Okulars sind viele Faktoren zu berücksichtigen, insbesondere die Kompatibilität mit dem verwendeten Objektiv. Es wird empfohlen, zuerst das benötigte Objektiv auszuwählen und dann ein Okular zu wählen, das vom Mikroskop- oder Objektivhersteller für dieses Objektiv empfohlen wird. Achten Sie auf die Korrektur des Okulars (einfach vs. kompensierend) und seine Eigenschaften wie Vergrößerung, Sehfeldzahl und Einblickhöhe.
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