Aufbau eines Mikroskops: Bauteile, Funktion, Beschriftung

Inhalt

1. Wie funktioniert ein Mikroskop? Das Prinzip in drei Sätzen
2. Bestandteile des Mikroskops im Strahlengang
3. Zwischenbild und Gesamtvergrößerung
4. Was begrenzt die Schärfe? Auflösung statt Zahl
5. Beschriftung für die Schulzeichnung: Nummern 1 bis 14
6. Binokular, Trinokular und Stereo: Aufbau im Vergleich
7. Typische Fehler beim Beschriften und Erklären
8. Vom Linsenschleifen zum Schülergerät: Entwicklung des Aufbaus
9. Sicherer Umgang mit den Bauteilen
10. Welche Teile Du bei der Anschaffung beachten solltest
11. Häufige Prüfungsfragen zum Mikroskop
12. Fazit

Wer ein Mikroskop beschriften soll, merkt schnell: Die Bauteile haben viele Namen, und im Unterricht fragt kaum jemand nach der Reihenfolge, in der das Licht sie durchläuft. Genau diese Reihenfolge macht den Aufbau verständlich. Das Licht startet in der Lampe, wird gebündelt, durchleuchtet das Präparat, wird vom Objektiv zu einem ersten Bild geformt und vom Okular noch einmal vergrößert.

Dieser Artikel führt Dich entlang des Strahlengangs durch alle Bauteile eines Lichtmikroskops. Du bekommst eine Tabelle mit Bauteil und Funktion, eine nummerierte Liste für die Schulzeichnung, die Erklärung von Zwischenbild und Gesamtvergrößerung und die typischen Prüfungsfragen. Wenn Du noch kein Gerät hast, hilft die Bestenliste Schülermikroskope im Vergleich bei der Auswahl.

Wie funktioniert ein Mikroskop? Das Prinzip in drei Sätzen

Ein Lichtmikroskop arbeitet zweistufig. Das Objektiv sitzt dicht über dem Präparat und erzeugt ein vergrößertes, reelles Bild, das Zwischenbild. Das Okular wirkt wie eine Lupe auf dieses Zwischenbild und vergrößert es ein zweites Mal. Die Gesamtvergrößerung ist das Produkt aus beiden Werten: Ein 40-faches Objektiv mit einem 10-fachen Okular ergibt 400-fache Vergrößerung.

Zwischen Objektiv und Okular liegt der Tubus. Er hält beide Linsensysteme im richtigen Abstand und schirmt Streulicht ab. Das fertige Bild steht auf dem Kopf und ist seitenverkehrt: Schiebst Du das Präparat nach links, wandert das Bild nach rechts. Daran gewöhnst Du Dich nach wenigen Minuten.

Bestandteile des Mikroskops im Strahlengang

Die folgende Tabelle ordnet alle Teile in der Reihenfolge, in der das Licht sie durchläuft, und ergänzt die tragenden Teile (Stativ, Triebe), die mechanisch alles zusammenhalten. Einfache Schülergeräte lassen manche Teile weg, etwa die Leuchtfeldblende oder den Kollektor. Bei Geräten mit Spiegel statt Lampe entfällt die Lichtquelle am Fuß ganz.

Der Beleuchtungsstrahlengang: Lampe bis Präparat

Die Beleuchtung entscheidet mehr über die Bildqualität, als viele erwarten. Eine gute Lampe nützt wenig, wenn Kondensor und Blenden falsch stehen. Die vollständige Kette heißt Köhlersche Beleuchtung und geht auf August Köhler zurück, der sie 1893 vorstellte. Sie sorgt dafür, dass das Präparat gleichmäßig und ohne Bild der Glühwendel ausgeleuchtet wird.

Zwei Blenden steuern dabei unterschiedliche Dinge. Die Leuchtfeldblende bestimmt, wie groß der ausgeleuchtete Bereich ist. Die Aperturblende bestimmt, wie steil der Lichtkegel ist. Wer beide verwechselt, bekommt entweder ein flaues Bild oder ein Bild mit Streulicht-Schleier. Mehr zu Lampen, Spiegel und Blendenstellung findest Du im Artikel Mikroskop-Beleuchtung.

• Lichtquelle: Bei Durchlicht strahlt sie von unten durch das Präparat, bei Auflicht von oben auf undurchsichtige Objekte.
• Kollektor und Leuchtfeldblende: Sie sitzen im Fuß. Beim Einstellen schließt Du die Leuchtfeldblende, bis ein kleiner Lichtkreis sichtbar ist.
• Kondensor und Aperturblende: Der Kondensor wird höhenverstellt, bis der Rand des Lichtkreises scharf erscheint. Die Aperturblende öffnest Du danach so weit, bis das Streulicht verschwindet.

Der Abbildungsstrahlengang: Präparat bis Auge

Nach dem Präparat betritt das Licht das Objektiv. Dort passiert die eigentliche Vergrößerung. Objektive gibt es als Achromat, Planobjektiv oder Apochromat. Sie unterscheiden sich in der Korrektur von Farbfehlern und Bildfeldwölbung. In Schülermikroskopen sitzen meist einfache Achromate. Für Hobbyzwecke reicht das völlig aus, wie auch der Ratgeber Okulare und Objektive erklärt.

Die Objektive sind auf dem Objektivrevolver so montiert, dass das Bild beim Wechsel annähernd scharf bleibt. Fachleute nennen das Parfokalität. Danach läuft das Licht durch den Tubus ins Okular. Das Okular erzeugt ein virtuelles Bild, das Dein Auge als vergrößertes Bild wahrnimmt, so als läge es etwa 25 Zentimeter entfernt.

Zwischenbild und Gesamtvergrößerung

Das Zwischenbild entsteht in der Tubusebene, kurz unterhalb des Okulars. Es ist ein reelles Bild: Hielte man dort einen Schirm hin, wäre das Bild darauf sichtbar. Das Okular vergrößert genau dieses Bild. Die Gesamtvergrößerung berechnet sich nach einer einfachen Formel.

Gesamtvergrößerung = Objektivvergrößerung × Okularvergrößerung

Die Wikipedia nennt als Beispiel ein 20-faches Objektiv mit einem 10-fachen Okular, das 200-fache Vergrößerung ergibt. Bei typischen Schulgeräten mit den Objektiven 4x, 10x und 40x und einem Okular 10x ergeben sich 40-fach, 100-fach und 400-fach. Wie viel Vergrößerung wirklich sinnvoll ist und warum Zahlen wie 2000x in der Werbung problematisch sind, erklärt der Artikel Mikroskop-Vergrößerung. Rechnen kannst Du mit dem Vergrößerungsrechner.

Was begrenzt die Schärfe? Auflösung statt Zahl

Die Vergrößerung allein sagt noch nichts über die Bildqualität. Entscheidend ist das Auflösungsvermögen: der kleinste Abstand, bei dem zwei Punkte noch getrennt erscheinen. Er hängt von der numerischen Apertur des Objektivs und der Wellenlänge des Lichts ab. Bei grünem Licht erreicht ein gutes Objektiv höchstens etwa 0,2 Mikrometer. Diese Grenze nennt man nach Ernst Abbe, der sie 1873 beschrieb, die Abbe-Grenze.

Beschriftung für die Schulzeichnung: Nummern 1 bis 14

In Klassenarbeiten sollst Du meist ein Seitenbild des Mikroskops zeichnen und die Teile beschriften. Die folgende Liste ist so aufgebaut, dass Du von oben nach unten durch das Gerät gehst. Nummeriere in Deiner Zeichnung genauso, dann kannst Du die Liste als Legende übernehmen.

1. Okular – Einblick, vergrößert das Zwischenbild
2. Tubus – Rohr zwischen Okular und Objektiv
3. Objektivrevolver – drehbare Scheibe mit den Objektiven
4. Objektiv – erzeugt das vergrößerte Zwischenbild
5. Objekttisch (oder Kreuztisch) – trägt den Objektträger
6. Tischklammern – halten den Objektträger fest
7. Kondensor – bündelt das Licht auf das Präparat
8. Aperturblende – regelt Helligkeit und Kontrast
9. Leuchtfeldblende (mit Kollektor) – begrenzt das ausgeleuchtete Feld
10. Lichtquelle (Lampe oder Spiegel) – liefert das Licht
11. Stativarm (Säule) – trägt Tubus und Triebe
12. Stativfuß – sorgt für sicheren Stand und enthält oft die Lampe
13. Grobtrieb – stellt in großen Schritten scharf
14. Feintrieb – stellt Bruchteile von Millimetern scharf

Binokular, Trinokular und Stereo: Aufbau im Vergleich

Der beschriebene Aufbau gilt für das klassische Einblick-Mikroskop. Bei einem Binokular teilt der Tubus das Bild auf zwei Okulare auf. Das entspannt die Augen bei längeren Sitzungen, zeigt aber kein räumliches Bild. Ein Trinokular besitzt zusätzlich einen dritten Ausgang für eine Kamera. Wann sich welche Variante lohnt, steht im Ratgeber Binokular oder Monokular.

Ein Stereomikroskop hat dagegen zwei getrennte Strahlengänge, jeweils eigenes Objektiv und Okular, und zeigt ein räumliches Bild. Es arbeitet meist mit Auflicht bei geringen Vergrößerungen. Der Vergleich Stereomikroskop vs. Lichtmikroskop zeigt die Unterschiede im Aufbau.

Bei Digital-Mikroskopen entfallen Okular und Tubus teilweise. An ihre Stelle tritt ein Kamerasensor, der das Bild auf einen Bildschirm überträgt. Das Prinzip aus Objektiv und Beleuchtung bleibt gleich. Einen Überblick über diese Bauart gibt die Bestenliste Digitale Mikroskope.

Typische Fehler beim Beschriften und Erklären

In Arbeiten kosten immer wieder dieselben Verwechslungen Punkte. Wer sie kennt, spart sich Nachfragen und Abzüge.

• Objektiv und Okular vertauscht: Das Objektiv ist die Linse am Revolver, nah am Präparat. Das Okular ist die Linse am oberen Tubusende, nah am Auge. Merke: Objektiv = Objekt, Okular = Auge (lateinisch oculus).
• Objekttisch mit Objektträger gleichgesetzt: Der Objekttisch ist die Platte des Geräts. Der Objektträger ist das Glasplättchen mit dem Präparat darauf, das Du später in der Anleitung zum Präparat herstellen kennenlernst.
• Kondensor mit Lampe verwechselt: Der Kondensor ist eine Linse unter dem Tisch, keine Lichtquelle. Er sammelt Licht, er erzeugt es nicht.
• Aperturblende mit Leuchtfeldblende vertauscht: Die Aperturblende gehört zum Kondensor und wirkt auf Kontrast und Auflösung. Die Leuchtfeldblende sitzt im Lampenfuß und wirkt auf die Größe des Lichtkreises.
• Triebe falsch benannt: Der größere, äußere Knopf ist meist der Grobtrieb, der kleinere, innere der Feintrieb. Bei manchen Geräten sitzen beide auf einer Achse.

Vom Linsenschleifen zum Schülergerät: Entwicklung des Aufbaus

Das Mikroskop mit Objektiv und Okular wurde nach heutigem Wissen um 1600 in den Niederlanden entwickelt. Wenige Jahrzehnte später beobachtete Antoni van Leeuwenhoek um 1670 mit selbst geschliffenen Einzellinsen erstmals einzellige Lebewesen. Die zweilinsige Bauweise setzte sich trotzdem durch, weil sich Vergrößerung und Bildfeld damit besser steuern lassen. Im 19. Jahrhundert brachte Ernst Abbe mit seiner Theorie der Bildentstehung die Grundlage dafür, Objektive nach numerischer Apertur und nicht mehr nach Gefühl zu berechnen. Daraus folgen die heutigen Bauteile wie Kondensor und Aperturblende.

Sicherer Umgang mit den Bauteilen

Das beste Wissen über den Aufbau nützt wenig, wenn beim Arbeiten ein Objektiv am Deckglas aufsetzt. Mit wenigen Regeln schützt Du die empfindlichsten Teile.

1. Trage das Gerät immer mit einer Hand am Stativarm und mit der anderen unter dem Fuß.
2. Fahre vor jedem Objektivwechsel den Tisch so weit nach unten, dass das Objektiv nicht aufsetzt.
3. Beginne mit dem kleinsten Objektiv und stelle erst mit dem Grobtrieb, dann mit dem Feintrieb scharf.
4. Berühre Linsen nie mit den Fingern. Wie Du Okular und Objektiv richtig pflegst, steht im Artikel Mikroskop reinigen.
5. Drehe die Helligkeit nach dem Mikroskopieren auf das Minimum und decke das Gerät mit einer Haube ab.

Welche Teile Du bei der Anschaffung beachten solltest

Wer ein Gerät für die Schule sucht, schaut weniger auf die größte Vergrößerungsangabe als auf den mechanischen Aufbau. Ein stabiles Stativ aus Metall, ein Kreuztisch mit Klammern und ein Objektivrevolver mit mindestens drei Objektiven sind für die ersten Jahre wichtiger als eine hohe Zahl auf dem Karton. Die folgenden Karten zeigen unsere Auswahl aus der Bestenliste.

Die vollständigen Kriterien findest Du auf der Seite Methodik. Wenn Du das Gerät lieber über Fragen finden willst, hilft der Produktfinder.

Häufige Prüfungsfragen zum Mikroskop

Wie berechnet man die Gesamtvergrößerung?

Die Objektivvergrößerung wird mit der Okularvergrößerung multipliziert. Ein 40x-Objektiv und ein 10x-Okular ergeben 400-fache Vergrößerung. Beide Zahlen stehen auf dem Gehäuse, das Objektiv trägt außerdem die numerische Apertur.

Warum fängt man immer mit dem kleinsten Objektiv an?

Das kleinste Objektiv hat das größte Sehfeld und den größten Arbeitsabstand. Du findest das Objekt leichter, und das Objektiv stößt nicht so schnell gegen das Deckglas. Erst danach wechselst Du auf die nächsthöhere Stufe, siehe Arbeitsabstand.

Wofür braucht man den Kondensor und die Blenden?

Der Kondensor bündelt das Licht und die Aperturblende steuert dessen Öffnung. Zusammen bestimmen sie Kontrast und Auflösung. Die Leuchtfeldblende verhindert Streulicht außerhalb des Bildfelds.

Was ist der Unterschied zwischen Grob- und Feintrieb?

Beide verändern den Abstand zwischen Objektiv und Präparat. Der Grobtrieb bewegt in großen Schritten und dient zum Finden der Schärfe bei kleinen Objektiven. Der Feintrieb ändert die Schärfe in sehr kleinen Schritten und ist bei starken Objektiven nötig. Nach Wechsel des Objektivs genügt meist der Feintrieb.

Warum steht das Bild auf dem Kopf?

Das Objektiv erzeugt ein umgekehrtes Zwischenbild, und das Okular dreht es nicht zurück. Das Endbild ist darum seitenverkehrt und kopfüber.

Was bedeutet die Zahl 0,65 auf dem Objektiv?

Das ist die numerische Apertur. Sie gibt an, wie viel Licht das Objektiv aufnimmt, und bestimmt zusammen mit der Wellenlänge das Auflösungsvermögen. Ein 40x-Objektiv hat typischerweise eine numerische Apertur von etwa 0,65.