Prof. Holger Adelmann, vom 14.05.2011
Unser Auge ist ein empfindlicher Detektor für Licht im Wellenlängenbereich von Violett bis Rot. Das Auge nimmt dabei Helligkeitsänderungen wahr als Folge unterschiedlicher Lichtabsorption oder Lichtreflektion durch den zu betrachtenden Gegenstand. Farbe entsteht dabei einfach durch selektive Absorption oder Reflektion von bestimmten Wellenlängen aus einem weißen, somit gemischten Beleuchtungslicht durch ein so genanntes Amplitudenobjekt. Das Auge ist also ein Detektor für Helligkeits-(Licht)-Amplituden.
Unterschiedliche Laufzeiten (somit Phasenunterschiede) des Lichtes, die durch ein 'Phasenobjekt' erzeugt werden, kann unser Auge hingegen nicht erkennen. Hierzu muss der Mensch Hilfsmittel einsetzen, welche die unserem Auge unsichtbaren Phasenunterschiede wiederum in Helligkeits- also Amplituden- unterschiede umsetzen und damit für uns wahrnehmbar machen.
Beide verwenden dabei das Phänomen der Lichtinterferenz, auch wenn das im Phasenkonstrast vom Namen her nicht sofort klar wird.
Die Erklärung der mikroskopischen Abbildung durch Beugung des beleuchtenden Lichtes am Objekt und die anschließende Interferenz von beleuchtendem und abgebeugtem Licht zur Erzeugung der mikroskopischen Abbildung ist im Prinzip ähnlich, egal ob es sich um 'normale' Amplitudenobjekte oder um Phasenobjekte handelt. Das Phasenobjekt erzeugt dabei ein Phaseninterferenzbild welches, genauso wie das Phasenobjekt selbst, für das Auge unsichtbar ist.
Allerdings unterscheiden sich die Phasen der Beugungswellen von Amplitudenobjekt und Phasenobjekt in Relation zur der Phase der Beleuchtungswelle: Diese Phasendifferenz beträgt in der Objektebene (und auch der Bildebene) bei einem Amplitudenobjekt lambda/2, bei einem Phasenobjekt allerdings nur lambda/4. Wenn man also nun die Phasendifferenz zwischen Beugungswellen und Beleuchtungswelle im Falle des Phasenobjektes von lambda/4 auf lambda/2 verändern würde, wäre die Verhältnisse wie beim Amplitudenobjekt, und die Interferenz der beiden Wellen müsste dann ein helligkeitsmoduliertes Interferenzbild geben, welches das Auge wahrnehmen kann.
Die Interferenzmikroskopie im Durchlicht beruht im Prinzip auf der Zweistrahlinterferenz:
Das vom Polarisator kommende linear polarisierte Licht wird durch einen geeigneten Strahlenteiler in zwei von der Polarisationsebene senkrecht zueinander stehenden und auch lateral versetzten Teilstrahlen aufgespalten. Diese durchsetzen das Objekt gemäß ihres lateralen Versatzes an verschiedenen Stellen und werden danach von einem dem Strahlenteiler analogen Strahlenvereiniger wieder räumlich kombiniert, schwingen allerdings noch in den verschiedenen Ebenen. Der nachfolgende Analysator erzwingt die Einnahme einer einzigen Schwingungsebene, dabei werden die jeweiligen in der Durchlassrichtung des Analysators schwingenden Vektoranteile der Wellen kombiniert und können zum Amplitudenbild interferieren. Man unterscheidet bei der Zweistrahlinterferenz zwei Fälle, welche sich durch die Größe der lateralen Strahlaufspaltung in der Objektebene unterscheiden:
- die differentielle Bildaufspaltung, wobei die räumliche Strahlaufspaltung unterhalb des Auflösungsvermögens des Objektives liegt (differentieller Interferenzkontast 'DIC')
- die totale Bildaufspaltung, wobei die die räumliche Strahlaufspaltung deutlich oberhalb des lateralen Auflösungsvermögens des Objektives liegt (z.B. Mach-Zehnder Prinzip und Polarisations-Interferenzverfahren nach Jamin-Lebedeff)
Die Phasenkontrast-Aufnahme (links) hat das klassische Halo, dieses fehlt bei den beiden anderen Verfahren. Sie lässt sehr schön die feinen, vom Kern ausgehenden Plasmaausläufer erkennen, diese sind auch im Interferenzkontrast nach Jamin-Lebedeff (rechts) sehr kontrastreich, im DIC-Bild (mitte) aber nur schwach zu sehen.
Die DIC-Aufnahme (Mitte) hat eine wesentlich geringere Schärfentiefe als die Aufnahmen im Phasenkontrast oder Jamin-Lebedeff, was man im vorliegenden Bild noch erkennen kann, auch wenn sich die Alge bei der DIC Aufnahme leider etwas aus der Ebene gedreht hat. Dabei ist das DIC-Bild ist am farbtreuesten (und scheint auch die feinste Auflösung zu haben), das Phasenkontrast-Bild kommt mit Abstand dahinter (der Zellinhalt bei dieser Alge ist im Hellfeld gelbbräunlich, nicht grün!).
Die Aufnahme im Interferenzkontrast nach Jamin-Lebedeff (rechts) erhebt systembedingt keinerlei Anspruch auf Farbtreue. Hier kann man Details gut sichtbar machen indem man den Farbkontrast so einstellt, dass benachbarte Strukturen mit unterschiedlichen Eigenschaften wie Gangunterschied und Strukturdicke sich farblich separieren.
[1] Phasenkontrast-Einrichtungen
Leitz Druckschrift 513-5c, IV/70
[2] Interferenzkontrast-Einrichtung T (für Durchlicht)
Leitz Druckschrift 550-39a, IV/73
[3] Durchlicht-Interferenzeinrichtungen
Leitz Druckschrift 521-23a, XII/69