Fragen zur Vorlesung 1+2 - Institut für Biomedizinische Optik

Fragen zur Vorlesung 01/2
„Lichtmikroskopie & Fourieroptik“
MIW 2. Sem. Master, SS 2012
1. Wie lautet die Abbildungsgleichung einer Linse („Linsengleichung“) und wie ist die
Vergrößerung definiert?
2. Benennen Sie sechs Grundformen von Aberrationen optischer Abbildungssysteme.
3. a) Zeichnen Sie auf, wie man eine Plankonvexlinse orientieren muss, um einen parallelen Strahl
mit minimalen sphärischen Aberrationen zu fokussieren.
b) Welchen Linsentyp muss man wo hinzufügen, um eine stärkere Fokussierung mit
geringstmöglichen Aberrationen zu erzielen?
4. Mit welcher Kombination von einfachen Linsen lassen sich sowohl sphärische als auch
chromatische Aberrationen korrigieren? Begründen Sie Ihre Antwort und benennen Sie die
Eigenschaften der verwendeten Glassorten.
5. Skizzieren Sie Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang eines Mikroskops.
6. Wie setzt sich die Gesamtvergrößerung eines Mikroskops aus Objektiv- und Okularvergrößerung
zusammen?
7. Das Okular erfüllt mehrere Funktionen. Benennen und erklären Sie diese Funktionen.
8. Wie sieht ein „Unendlich“- Abbildungsstrahlengang im Mikroskop aus und was sind seine
Vorteile?
9. Was ist das „Rayleighkriterium“ für optische Auflösung?
10. Wodurch ist die „förderliche Vergrößerung“ eines Mikroskops gegeben?
11. Sie schicken einen kollimierten TEM00 Laserstrahl mit einem Durchmesser von 2 mm und einer
Wellenlänge von 633 nm durch ein Objektiv mit 10 mm Brennweite a) Wie klein kann der
Strahldurchmesser im Fokus werden? b) Wie ist die Intensitätsverteilung? c) Wie groß ist die
Rayleighlänge des Strahls?
12. a) Welcher Strahldurchmesser im Fokus wird erreicht, wenn ein paralleler Laserstrahl auf ein
Objektiv mit 2 mm Durchmesser und 10 mm Brennweite fällt? Wie ist nun die
Intensitätsverteilung im Fokus, und wie groß ist die Fokuslänge?
13. a) Definieren Sie die numerische Apertur (NA) eines Beleuchtungs- oder Abbildungssystems.
b) Drücken Sie mit Hilfe der NA den Punktbilddurchmesser d und das laterale
Auflösungsvermögen Axy eines Mikroskops bei Hellfeldbeleuchtung durch einen Kondensor und
bei Fluoreszenzbildgebung (d.h. mit selbstleuchtenden Objekten) aus. Wie hängen laterales und
axiales Auflösungsvermögen Az zusammen? Vergleichen Sie diese Werte mit den
Fokusabmessungen aus den beiden vorangegangenen Fragen.
14. a) Was unterscheidet ein Immersionsobjektiv von einem Trockenobjektiv?,
b) Wie und warum verändert sich durch Immersion die NA?
c) Wann werden Wasserimmersionsobjektive eingesetzt, wann Ölimmersion?
15. Warum können hochgeöffnete Mikroskopobjektive nur mit Deckgläsern bestimmter Dicke
verwendet werden?
16. Erläutern Sie die Bedeutung der folgenden Angaben auf einem Mikroskopobjektiv:
- PLAN APO Neofluar
- LD 63x/ 0,75 corr
- ∞/0,17
17. Erläutern Sie das strahlenoptische und das wellenoptische Konzept einer Abbildung.
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18. Erläutern Sie den Aufbau von räumlichen Feldverteilungen durch Elementarstrukturen
unterschiedlicher Raumfrequenz an einem Rechteckgitter.
19. Welche Beziehung besteht zwischen Gegenstandsebene und hinterer Brennebene einer
Abbildungslinse?
20. Skizzieren Sie eine 4-f Anordnung aus zwei Linsen und beschreiben Sie die optische Abbildung in
dieser Anordnung durch eine Folge von Fouriertransformationen. Warum unterscheidet sich das
(Punkt-) Bild vom (punktförmigen) Gegenstand?
21. Durch welche mathematischen Operationen kann man a) mittels Punktbildfunktion und b) mittels
optischer Übertragungsfunktion die Beeinflussung der Bildentstehung durch die
Übertragungsoptik beschreiben?
22. Wie hängen Punktbildfunktion und Übertragungsfunktion eines Abbildungssystems zusammen?
23. Diskutieren Sie die Bedingungen für zeitliche und räumliche Kohärenz im Hinblick auf die
Köhlersche Mikroskopbeleuchtung. Welche Folgen für die Erfüllung dieser Bedingungen hat das
Schließen der Kondensorblende, und bei welcher Art von Objektstrukturen sind diese Folgen
besonders ausgeprägt?
24. Skizzieren Sie die kohärente und inkohärente Übertragungsfunktion eines optischen Systems
25. Was unterscheidet Modulationstransferfunktion und optische Übertragungsfunktion?
26. Welche Folgen hat das scharfe Abschneiden der Raumfrequenzspektrums bei einer bestimmten
Grenzfrequenz für die kohärente Bildgebung ?