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Frits Zernike (1888 - 1966), Niederlande

Nobelpreis für Physik 1953

Porträtbild
Bild: Frits Zernike[1]

für die von ihm angegebene Phasenkontrastmethode, im Besonderen für seine Erfindung des Phasenkontrastmikroskops

Frits Zernike, 1888 als Sohn einer Mathematiklehrerin und eines Mathematiklehrers in Amsterdam geboren, studierte ab 1905 Chemie mit den Nebenfächern Physik und Mathematik. Neben der Entwicklung des Phasenkontrastmikroskops, wofür er 1953 den Nobelpreis für Physik erhielt, ist Zernike unter anderem für die "Zernike-Polynome" bekannt, die zur mathematischen Beschreibung von Wellenfronten in der Optik verwendet werden.

Phasenkontrastmikroskopie

Von etwa 1930 an widmete sich Zernike dem Gebiet der Optik. Seine bedeutendste Entwicklung, das Phasenkontrastmikroskop, ist in der deutschen Patentschrift pdf- Datei DE 636 168 A beschrieben (Figur 1). Das Mikroskop besteht aus einem zweilinsigen Kondensor 1, welcher ein paralleles Lichtstrahlenbündel auf den Objektträger 2 mit dem abzubildenden Objekt fokussiert. Zur Darstellung dieses Objekts umfasst das Mikroskop darüber hinaus ein Objektiv 3, das das Objekt auf der vorderen Fläche der Feldlinse 4 abbildet. Diese Fläche wird von der Augenlinse 5 in großer Entfernung betrachtet. Wesentlich für eine Darstellung des Phasenkontrasts, das heißt der Phasenänderung des Lichts durch das Objekt - im Gegensatz zur Darstellung einer Amplitudenänderung bei einem gewöhnlichen Mikroskop -, sind die Glasplatten 6 und 9, welche im Detail in den Abbildungen auf der rechten Seite der Figur 1 dargestellt sind.

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 1: Phasenkontrastmikroskop (aus DE 636 168 A )

Die Abbildung rechts oben zeigt, dass die Glasplatte 6 mit Ausnahme eines zur optischen Achse des Mikroskops konzentrischen Ringes 7 mit einer lichtundurchlässigen Schicht 8 bedeckt ist. Die Phasenplatte 9 (in der Abbildung rechts unten sowie im Querschnitt in der Abbildung in der Mitte rechts zu sehen) besteht aus einem insgesamt lichtdurchlässigen Material, wobei eine dem konzentrischen Ring 7 entsprechende Vertiefung 10, 11 in die Phasenplatte eingearbeitet ist. Dieser spezielle Aufbau hat zur Folge, dass direkt durch die Glasplatten im Bereich 7 und durch die ringförmige Vertiefung 10, 11 tretende Lichtstrahlen einen Gangunterschied aufweisen gegenüber Lichtstrahlen, die an dem Objekt auf dem Objektträger 2 gebeugt werden und durch die Phasenplatte neben dem Ring 10, 11 verlaufen. Wegen dieses Gangunterschieds kommt es auf der Feldlinse zur Interferenz, wodurch letztlich ein Bild der Phasenverschiebung durch das Objekt erzeugt wird.

Eine spätere Weiterentwicklung des Phasenkontrastmikroskops (beschrieben in den Patentschriften pdf- Datei US 2 616 334 A , pdf- Datei GB 664 593 A , pdf- Datei GB 664 670 A und pdf- Datei DE 850 527 B ) beschäftigt sich mit der Korrektur der Wellenlängenabhängigkeit des Phasenkontrastbilds im Phasenkontrastmikroskop. Um die Wellenlängenabhängigkeit der Phasenverschiebung geeignet korrigieren zu können, wird in den Patentschriften ein komplexerer Aufbau der Phasenplatte 9 nach Figur 2 vorgeschlagen.

PatentzeichnungBild vergrößert anzeigenFigur 2: Phasenplatte (aus US 2 616 334 A )

Dabei wird ein Phasenstreifen 2 zwischen zwei Glasplatten 1 und 4 in ein umgebendes Medium 3 eingebettet. Durch eine geeignete Wahl des Materials und der Dicke des Phasenstreifens 2 und des Mediums 3 ist eine Wellenlängenkorrektur zum Erhalt verbesserter Phasenbilder realisierbar.

Die Firma Carl Zeiss in Jena, Anmelderin der Patentschrift DE 636 168 A, unterschätzte die Bedeutung der Erfindung des Phasenkontrastmikroskops von Zernike zuerst vollständig. Erst im Zweiten Weltkrieg wurden im Rahmen der Suche nach möglicherweise kriegswichtigen Erfindungen die ersten Phasenkontrastmikroskope nach Zernike produziert.[2]

Patentdokumente zu Frits Zernike
PublikationsnummerJahrTitel
pdf-Datei DE 636 168 A   1932  Einrichtung zur Verdeutlichung optischer Abbildungen 
pdf-Datei US 2 616 334 A   1948  Phase Microscopy 
pdf-Datei GB 664 593 A   1948  Phase Microscopy 
pdf-Datei GB 664 670 A   1948  Phase Microscopy  
pdf-Datei DE 850 527 B   1948  Verfahren zur Beobachtung mit Phasenkontrast 
pdf-Datei DE 1 047 479 B   1955  Einrichtung zur Beobachtung mit Phasenkontrast 

Quellen:

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/File:Zernike.jpg [recherchiert am 11.06.2012]
[2] http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1953/zernike.html [recherchiert am 11.06.2012]

© 2016 Deutsches Patent- und Markenamt | 29.02.2016