C. Fasoldt`s Micrometric Ruling –
ein Wunderwerk der Präzision

Prof. OStR Erich Steiner

Für das mikroskopische Arbeiten ist bekanntlich nicht nur die Vergrößerung wichtig, sondern vor allem die Fähigkeit des optischen Systems, gleichzeitig kleinste Einzelheiten sichtbar zu machen. Diese Eigenschaft wird Auflösungsvermögen genannt. Die physikalische Grenze, dicht nebeneinanderliegende Punkte getrennt abzubilden, liegt beim Lichtmikroskop bei etwa 0,2 Mikron (oder Mikrometer; 1 µ = 1µm = 1/1000 mm).

Um die Schärfe und Deutlichkeit des mikroskopischen Bildes – d.h. das Auflösungsvermögen – leichter beurteilen zu können, verwendete man schon im 19. Jahrhundert organische „Probeobjekte“, die gewisse sehr kleine Einzelheiten aufwiesen, welche nur von einem Objektiv mit gutem Auflösungsvermögen sichtbar gemacht werden konnten. Anfangs nahm man als solche Probeobjekte z.B. die Schuppen auf den Flügeln von Schmetterlingen und Motten bzw. die Kieselpanzer bestimmter Kieselalgen, sogenannter „Test-Diatomeen“ (z.B. Pleurosigma angulatum, Surirella gemma, Amphipleura pellucida). Da aber organische Objekte kleine Unregelmäßigkeiten in ihrem Feinbau aufweisen können, wurde von den Mikroskopherstellern der Wunsch nach künstlichen Testobjekten laut.

Friedrich Adolph Nobert
Einer der hervorragendsten Könner auf dem Gebiet der Herstellung von künstlichen „Probe- oder Testplatten“ war der aus Barth (Pommern) stammende Friedrich Adolph Nobert (1806 – 1881). Er war der älteste Sohn eines Uhrmachers. Nobert, der nur einem dürftigen Schulunterricht beiwohnen konnte, wurde ebenfalls Uhrmacher. Er wollte aber mehr sein als ein Uhrmacher in einer kleinen preußischen Stadt. Es gelang ihm durch seine hervorragenden feinmechanischen Fähigkeiten ein Stipendium am Technischen Institut in Berlin zu bekommen. 1835 wurde Nobert zum Universitätsmechaniker der Universität Greifswald ernannt. Während der 1840er Jahre begann er die Feinmaßstabstechnik zu entwickeln, die ihm große Berühmtheit einbrachte. Er baute sich eine Kreisteilungsmaschine auf der er Beugungsgitter, Test-Objekte und Mikrometer, die Skalen von astronomischen und mathematischen Instrumenten gravierte und feine Chronometer-Triebe zuschnitt.

Nobert`sche Probeplattenn
Nobert erzeugte seine Probeplatten, indem er parallele Linien mit Hilfe seiner Kreisteilungsmaschine, die mit einem Zusatzgerät ausgestattet war, auf Glas gravierte. Am Zusatzgerät war eine sorgfältig präparierte Diamantspitze befestigt. Seine erste „Probeplatte“ bestand aus zehn Gruppen oder Bändern. Jede Gruppe schloss eine Anzahl von einzelnen Linien mit einem bestimmten Abstand ein. Die erste Gruppe war in 1/1000 Pariser Linien eingeteilt und die zehnte in 1/4000 Pariser Linien. (Eine Pariser Linie war ein Maßstab, der von den kontinentalen Instrumentenmachern verwendet wurde. Sie entspricht einer Länge von 2,256 mm.) Die sich dazwischen befindlichen acht Gruppen bildeten eine geometrische Reihe zwischen diesen Grenzen. Von 1845 an, als Nobert als erster eine Probeplatte linierte (siehe Abb. 1), bis zum Ende des Jahrhunderts waren seine Erzeugnisse gut bekannt. Immer wenn die feinste Gruppe einer Probeplatte aufgelöst wurde, erzeugte Nobert eine andere Probeplatte, die noch feinere Gruppen enthielt. Im ganzen erzeugte er sieben verschiedene Probeplatten, die anschließend mit ihrem Erzeugerdatum angeführt sind:

Zehn-Gruppen Platte 1845
Zwölf-Gruppen Platte 1848
Fünfzehn-Gruppen Platte 1849
Zwanzig-Gruppen Platte 1851
Dreißig-Gruppen Platte 1855
Neunzehn-Gruppen Platte 1861
Neue Zwanzig-Gruppen Platte 1873

Abbildung 1: Nobert’sche-Probeplatte (Optisches Museum der Ernst-Abbe-Stiftung Jena)


Die berühmteste Probeplatte war die Neunzehn-Gruppen Platte. Die 19. Gruppe (Linienabstand 0,23 µ) wurde 1869 von Dr. J.J. Woodward aus Washington aufgelöst. 1873 brachte Nobert die „Neue Zwanzig-Gruppen Platte“ heraus, bei der die feinste Gruppe einen Linienabstand von 0,1128 µ besitzt. Die zehnte Gruppe der neuen Platte hat den Linienabstand der 19. Gruppe der Vorgängerplatte. Die 11. Gruppe (Linienabstand 0,21 µ) wurde 1884 von E.M. Nelson aufgelöst. Die folgenden Gruppen konnten bis heute von keinem Lichtmikroskop aufgelöst werden. Erst 1966 ergaben elektronenmikroskopische Untersuchungen von Turner und Bradbury für die „Neue Zwanzig-Gruppen Platte“, dass Nobert`s Ungenauigkeiten bei den Linienabständen nicht schlechter als 10 % sind.

Charles (Karl) Fasoldt
Kaum bekannt bei europäischen Mikroskopikern – wohl aber bei Uhrensammlern - ist Charles (Karl) Fasoldt (1818 – 1898) ein deutschstämmiger amerikanischer Uhrmacher. Geboren wurde er in oder um Dresden, wo er auch seine Ausbildung erhielt. In der Revolution von 1848 war er auf der Seite der Republikaner und flüchtete durch die preußischen Linien nach Bremen und von dort in die Vereinigten Staaten. Er entkam dadurch einer Exekution durch „Pulver und Blei“, da über ihn ein preußisches Todesurteil gefällt worden war.
Es ließ sich in Rome im Staat New York nieder, wo er seine eigene Werkstatt als Uhrmacher eröffnete. Fasoldt war offenbar ziemlich geschickt bei seinen Erzeugnissen. Er stellte aus und gewann Preise für 8 Tage gehende Uhren, Wanduhren und Taschen-Chronometer. 1861 zog er nach Albany (New York), wo er seine Tätigkeiten in der Uhrenerzeugung auf astronomische Uhren und Turmuhren erweiterte. Für eine seiner Turmuhren wurde ihm in Philadelphia bei der Hundertjahr-Ausstellung 1876 die „Ehrenpreis-Medaille und das Verdienst-Diplom“ verliehen. Fasoldt wird in Baille`s „Watchmakers and Clockmakers of the World“, 3. Auflage, 1951, als Erfinder eines besonderen doppelten Hemmungsrades, bezeichnet als “Fasoldt`s Chronometer“ angeführt.

Fasoldt`s Probeplatten und Mikroskope
Um 1878 kam er mit der Mikroskopie in Berührung, indem er seine Fertigkeiten wechselte und Probeplatten („Micrometric Rulings“) nach dem Vorbild von Friedrich Adolph Nobert gravierte. 1881 machte er Reklame für Okularmikrometer bzw. für Probeplatten. Professor W. Rogers und Dr. H. Ward, Mitglieder der „Kommission für Mikrometrie“ der Amerikanischen Mikroskopischen Gesellschaft, neigten dazu die Genauigkeit von Fasoldt`s Probeplatten zu bezweifeln. Artikel erschienen darüber in Band 8 von „The Microscope“ (1888), die diesen Einwand enthielten. Außer Mikrometer erzeugte und verkaufte Fasoldt Mikroskopierlampen und Objektivhalter. 1886 bekam er ein Patent für einen Feder-Objektivhalter, der das Wechseln der Objektive schneller und einfacher erlaubte als bei der Verwendung des Schraubgewindes.
Um 1888 machte Fasoldt Reklame für sein „Patentiertes Mikroskop“, welches so konstruiert war, dass das Zerstören von Objektiven und Objekten durch eine unbeabsichtigte Bewegung des Tubus vermieden wurde. Ein Exemplar von diesem Instrument befindet sich im Science Museum of London. Es war Teil der berühmten „Crisp-Sammlung“. Das Mikroskop ist ausführlich beschrieben und illustriert in „J. Royal Microscopical Society, 2nd Series, Vol. 9 of Part 1, pp. 109 – 112, 1889“.
Durch einen Zufall war es mir möglich eine Fasoldt’sche-Probeplatte, von der ich annehme, dass sie um 1885 erzeugt wurde, zu untersuchen. Sie besteht aus einem 76 x 26 mm großen und 2,2 mm dicken Messing-Objektträger (siehe Abb. 2), in dem sich auf der Oberseite in einer 17 mm runden Ausnehmung ein Deckglas mit 19 auf der Unterseite des Deckglases ein-

Abbildung 2: Fasoldt’sche-Probeplatte (Oberseite)

Abbildung 3: Fasoldt’sche-Probeplatte (Unterseite)

gravierten Linien-Blöcken mit Linienabständen von 50 bis 6000 Linien pro mm (siehe Tabelle 1) befindet. Die Linien-Blöcke sind von der Unterseite her durch ein zweites Deckglas geschützt. Zwischen den beiden durch Luft getrennten Deckgläsern ist auch eine größere Anzahl von kleinen Schmutzpartikeln vorhanden, die aber den Vorteil haben, dass mit ihrer Hilfe die schwierige Scharfeinstellung auf die Linien-Blöcke wesentlich erleichtert wird. Die Unterseite des Messing-Objektträgers hat eine nur 14 mm runde Ausnehmung, welche die beiden Deckgläser trägt. Außerdem ist eine runde konische Ausfräsung vorhanden, die sich von 23 mm Durchmesser auf die oben angegebenen 14 mm Durchmesser verjüngt (siehe Abb. 3). Da aber diese konische Ausfräsung 1,2 mm in den Messing-Objektträger hineinreicht, ist es normalerweise mit moderneren Mikroskopen bzw. mit Kondensoren mit breiten Frontlinsen kaum möglich, die Probeplatte z.B. zu immergieren. Man muss sich dann etwas einfallen lassen (z.B. den Kondensoroberteil anheben, damit man mit der Kondensor-Frontlinse über die Tischebene hinausragend den Messing-Objektträger immergieren kann), um genaue Messungen vornehmen zu können. Aufbewahrt wird die Probeplatte in einem mit lila Samt und weißer Seide ausgeschlagenen braunen Leder-Etui.
Der Messing-Objektträger besitzt auf der linken Seite ein Schild mit folgender Beschriftung:
C. FASOLDT`S
Micrometric Ruling, New Series. ALBANY, N.Y.
No. …………… Res to ………… Covering glass 1000ths inch

Das Schild auf der rechten Seite gibt für die 19 Hauptgruppen eine Gegenüberstellung der Anzahl der Linien pro mm zur ungefähren Anzahl der Linien pro inch (1 inch = 2,54 cm) an (siehe Abb. 2).

A: Anzahl der Linien pro mm B: ungefähre Anzahl der Linien pro inch

A
B
A
B
A
B
A
B
100
2540 3
1250
31750*)
2500
63500
4500
114300
250
6350
1500
38100
2750
69850
5000
127000
500
12700
1750
44450
3000
76200
5500
139700
750
19050
2000
50800
3500
88900
6000
152400
1000
25400
2250
57150
4000
101600**)

Auf dem rechten Schild sind irrtümlicherweise bei *) 31050 bzw. bei **) 103600 Linien pro inch angegeben.
In der linken unteren Ecke des rechten Schildes steht handschriftlich die Zahl 18,00. Ich vermute, dass es der Verkaufspreis von 18,00 US-$ bzw. englische £ für diese Probeplatte war.
Die mikroskopische Untersuchung der Linien-Blöcke erfolgte mit einem Mikroskop „BIOLAM“ und dem Apochromaten 90/1,30 (Ölimmersion) im Schräglicht. Die Messungen der Linienabstände wurde mit einem PZO-Schraubenmikrometerokular K15x und ab Linien-Block 9 mit Hilfe der Colour CCD Camera GP-KR222E von PANASONIC in Verbindung mit dem OLYMPUS U-PMTV Videoadapter und einem Zeiss-Okular Kpl 25x über den Bildschirm durchgeführt. Die lineare Endvergrößerung war auf dem Bildschirm (Bildschirm-Diagonale 65 cm) rund 35 600fach. Die Messungen erfolgten mit einem auf diese Endvergrößerung abgestimmten Messstreifen.
Das Schema der 19 Linien-Blöcke ist in Tabelle 1 angegeben. Sie sind in einem Rechteck von rund 4,218 mm x 0,790 mm angeordnet (im Schema aus Platzmangel nicht maßstäblich richtig gezeichnet !). Jeder Linien-Block besteht aus drei Gruppen. Die oberen Gruppen 1a bis 19a sind rund 301,74 µ, und die unteren Gruppen 1a bis 19a rund 346,68 µ lang. Die Hauptgruppen 1 bis 19 besitzen eine Länge von rund 3569,52 µ. Sie haben außerdem immer die doppelte Anzahl von Linien (minus einer Linie) als ihre entsprechenden Gruppen 1a bis 19a (siehe Abb. 4). Die Linien-Blöcke sind durch kleine Abstände voneinander getrennt.

Abbildung 4: Übergang der Gruppe 3a (oben) zur Hauptgruppe 3 (unten) (Achromat 90/1,30, Okular PK 5x, Phasenkontrast)

Zwischen den Linien-Blöcken 7 und 8, 11 und 12, 15 und 16 bzw. nach Linien-Block 19 ist eine stärkere Linie vorhanden, um sich bei der für die Auflösung der Linien notwendigen starken mikroskopischen Vergrößerung leichter orientieren zu können (siehe Abb. 5).

Abbildung 5: Trennungslinie (links) zwischen den Linien-Blöcken 7 (rechts) und 8 (Achromat 90/1,30, Okular K 7x, Phasenkontrast)

Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 1 zusammengefasst.


Tabelle 1: C. FASOLDT`S Micrometric Ruling New Series (um 1885)
Schema der Linien-Blöcke (Ansicht im bildumkehrenden Mikroskop)

19a
18a
17a
16a
15a
14a
13a
12a
11a
10a
9a
8a
7a
6a
5a
4a
3a
2a
1a
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
19a
18a
17a
16a
15a
14a
13a
12a
11a
10a
9a
8a
7a
6a
5a
4a
3a
2a
1a

A: Anzahl der Linien pro mm
B: Abstand der Linien in Mikron (1 µ = 1/1000 mm)
C: Anzahl der Linien pro Gruppe

Gruppe
A
B
C
Gruppe
A
B
C
1a
50
20
6
11a
1250
0,8
20
1
100
10
11
11
2500
0,4
39
2a
125
8
8
12a
1375
0,727
22
2
250
4
16
12
2750
0,363
43
3a
250
4
10
13a
1500
0,666
23
3
500
2
19
13
3000
0,333
45
4a
375
2,666
11
14a
1750
0,571
25
4
750
1,333
21
14
3500
0,285
49
5a
500
2
13
15a
2000
0,5
25
5
1000
1
25
15
4000
0,25
49
6a
625
1,6
15
16a
2250
0,444
27
6
1250
0,8
29
16
4500
0,222
53
7a
750
1,333
18
17a
2500
0,4
30
7
1500
0,666
35
17
5000
0,2
59
8a
875
1,142
18
18a
2750
0,363
32
8
1750
0,571
35
18
5500
0,181
63
9a
1000
1
19
19a
3000
0,333
29
9
2000
0,5
37
19
6000
0,166
57
10a
1125
0,888
20
10
2250
0,444
39

Anmerkung: Gruppe 11a hat noch eine für Messungen nicht brauchbare 21. Linie.

Durch eine große Anzahl von Messungen konnte von mir außerdem festgestellt werden, dass die Ungenauigkeit gegenüber den von Fasoldt angegebenen Linienabständen nicht schlechter ist als 5% (siehe Tabelle 2). Die Hauptgruppen 16 bis 19 konnten von mir lichtmikroskopisch nicht mehr eindeutig aufgelöst werden. Die Anzahl der Linien in den Hauptgruppen 16 bis 19 konnte nur rechnerisch auf Grund der optisch aufgelösten Linien in den Gruppen 16a bis 19a ermittelt werden.


Tabelle 2:
C. FASOLDT`S Micrometric Ruling New Series (um 1885)

A: Soll-Abstand der Linien in Mikron (1 µ = 1/1000 mm)
B: Durchschnittlicher Linienabstand in Mikron
C: Ungenauigkeit bei den Linienabständen gegenüber dem Soll-Abstand in Prozent

Gruppe
A
B
C
1a
20
19,37
- 3,0
1
10
9,70
- 3,0
2
4
3,84
- 4,0
3
2
1,91
- 4,5
4
1,333
1,27
- 4,9
5
1
0,97
- 3,0
6
0,8
0,84
+ 5,0
7
0,666
0,65
- 2,5
8
0,571
0,55
- 3,7
9
0,5
0,49
- 2,0
10
0,444
0,43
- 3,2
11
0,4
0,39
- 2,5
12
0,363
0,35
- 3,7
13
0,333
0,34
+ 2,1
14
0,285
0,29
+ 1,8
15
0,25
0,24
- 4,1
16
0,222
0,22
- 0,9
17
0,2
0,21
+ 4,8
18
0,181
0,18
- 0,5
19
0,166
0,16
- 3,7

Abschließend kann nur gesagt werden, dass die feinmechanische Leistung Fasoldt`s zur Erzeugung einer so genauen Probeplatte höchstes Lob und Bewunderung verdient.


Literaturverzeichnis:

Dippel L.: Das Mikroskop und seine Anwendung, 2 Bände, Verlag von Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig 1869 und 1872

Harting P.: Das Mikroskop, 3 Bände, Verlag von Friedrich Vieweg und Sohn, Braunschweig 1866

Kaiser W.: Die Technik des modernen Mikroskopes, Verlag von Moritz Perles, Wien 1906

Nobert F. A.: Die höchste Leistung des heutigen Mikroskops und seine Prüfung durch künstliche und natürliche Objekte, Mittheilungen aus dem naturwissenschaftlichen Vereine von Neu-Vorpommern und Rügen in Greifswald,
13.Jahrgang, S. 92 – 105, R. Gaertner`s Verlagsbuchhandlung, Berlin 1882

Osterhausen F.von: Callweys Uhren Lexikon, Callwey Verlag, München 1999

Padgitt Donald L.: Short History of the Early American Microscopes Vol. 12, Microscope Pubns Ltd, 1975

Steiner E.: Die Nobert`schen Probeplatten – ein Meilenstein in der Geschichte der Mikroskopie, Mitteilungsblatt der Mikrographischen Gesellschaft Wien, Heft 2, 1994: S. 22 – 25

Turner G, L´E.: Essays of the History of the Microscope, Senecio Publishing Company Limited, Oxford 1980

Turner G, L´E.: An electron microscopical examination of Nobert`s finest test-plate of twenty bands, J. Roy. Micr. Soc., 85, 435 – 447, 1966