Büchse der Pandora: Stack in tausendstel Millimeter Schritten

[Kurt Wirz]

An alle Bastler


Bildbreite 0.39mm

Auf der Suche nach einem Weg, in tausendstel Millimeter Schritten stacken zu können,
verlor ich oft die Hoffnung eine kostengünstige Lösung zu finden.
Gefunden habe ich die Hoffnung, verschlossen in der "Büchse der Pandora",
sie gab mir die Energie, weiter nach Lösungen zu suchen.
Deshalb nenne ich den entstandenen Stacking Tisch "Büchse der Pandora".

Mit ihm lassen sich Stackschritte von einem hundertstel bis zu einem tausendstel Millimeter und
kleiner verwirklichen, also für Abbildungsmassstäbe von etwa 10:1 bis über 50:1.
Dabei dauert der eigentliche Stackvorgang etwa eine halbe bis eine Stunde.
Die benötigten Bestandteile um einen Stacktisch (Büchse der Pandora) her zu stellen
kosten nur einige Euro, ganz wenig Bastelarbeit ist aber angesagt.

Man besorge sich:
2 Stk. Platten 100 x 100 mm, aus PVC oder Metall
1 Stk. 5-10Watt "schlanke" Sparlampe
1 Stk. passende Fassung für die Sparlampe
1 Stk, PE oder PVC Rohr, Durchmesser (60mm) so dass die Birne mit Fassung hinein passt
und etwa 100 bis 200 mm lang ist (sauber abgeschnitten).

Die Fassung der Sparlampe wird in die Mitte einer Platte montiert (geklebt oder geschraubt) und verkabelt.
Man schraubt die Birne ein und stülpt das PE oder PVC Rohr darüber.
Oben auf das Rohr legt man die zweite Platte.

Auf die obere Platte legt man das zu stackende fotografische Objekt,
z.B. eine Ameise.
Die Kamera mit Balgen und Mikroskop Objektiv werden fix darüber montiert,
so dass die Kamera von oben durch das Objektiv auf die Ameise schaut.
Alles so stabil wie nur möglich.
Nun stellt man die Schärfe etwas näher ein, wie der naheste Punkt der Objektes ist.
Nun schaltet man die Lampe ein und fertigt im Rhythmus von etwa 5-10 Sekunden
Bilder an.

Die Sparlampe die im PE oder PVC Rohr steckt (leuchtet) erwärmt nun dieses Rohr,
das im Fall von PVC mit 200 mm Länge bei jedem Zehntel Grad Temperaturerhöhung
um etwa 0.0033 mm länger wird, und sich somit dem Objektiv nähert.
Ein PVC Rohr von 200mm Länge und etwa 60mm Durchmesser ist für
einen Abbildungsmassstab von etwa 50:1 geeignet.
Ein PE Rohr dehnt sich bei Temperaturerhöhung etwa doppelt so stark aus und ist somit
für Stacks im Bereich von 10:1 bis 20:1 geeignet.

Erhöht man bei einem 200 mm Langen PVC Rohr die Temperatur um 15°C,
dann wird das Rohr 0.5 mm länger.
Dies dauert einige Zeit, in der ohne weiteres 500 Einzelbilder angefertigt
werden können (0.5mm / 500 = ein Tausendstel Millimeter).

Eine zweite Serie von Bildern kann angefertigt werden, nachdem man die
Sparlampe ausgeschalten hat und das Rohr sich abkühlt.
Diese Zeit ist etwas länger wie beim Aufheitzen.
Vergeht diese Zeit zu schnell legt man dem Rohr einen Pullover an, geeignet dazu
ist aufgeschäumte Verpackungsfolie.

Ich fertige meine Stacks an, wenn die Aussentemperatur des Rohres zwischen,
30-40°C beträgt.

Während des Stackens wandert der Bildausschnitt etwas ab, das bedeutet, dass
bei der Wahl des Bildausschnittes noch genügend Platz um das gewünschte Objekt bleiben muss.

Varianten:
Unterschiedliches Material des Rohres.
Unterschiedliche Länge des Rohres.
Unterschiedliche Wandstärke des Rohres.
Unterschiedliche Leistung der Sparlampe.
Unterschiedlicher Zeitabstand von Bild zu Bild.

Die/der BastlerIn ist somit für die kalten Wintertage beschäftigt.

Das gezeigte Bild der Flügelschuppen eines Schmetterlings wurde mit einer
Büchse der Pandora die aus einem 200mm langem PVC Rohr besteht gestackt.






Gut Stack

Kurt

[Rene]

That brings me back to the good old LKB ultramicrotome.

Well done,
René

[Klaus Herrmann]

Hallo Kurt,

das ist unglaublich genial. Und das Unglaublichste: es funktioniert!

Du bist ein Wunderknabe! Die Idee sollte zum Patent angemeldet werden. 

[Johannes Kropiunig]

Hallo Kurt,

endlich mal eine sinnvolle Anwendung für Energiesparlampen.  
Im Ernst, deine Lösung gefällt mir sehr gut, schon alleine wegen ihrer einfachen, aber effektiven Konstruktion.
Über so etwas freue ich mich immer wieder, weil es beweist, dass nicht immer alles Hightech und somit teuer sein muss.
Verwendete man für die obere Platte Glas ginge sogar Durchlicht.
Danke, dass du uns an deiner tollen Idee teilhaben lässt.

Viele Grüße,
Johannes

[Dr. Jekyll]

Hallo Kurt,

Auch ich finde die Idee genial und praktikabel. Werde wohl demnächst auch einen entsprechenden Aufbau ausprobieren.
Danke fürs Zeigen.

Beste Grüße
Harald

[knipser009]

hallo Kurt

genial, dieser Stackshot für Arme. Den werde ich mir nachbauen.

noch eine Zusatzfrage : Welches Objektiv hast Du zur Aufnahme des Schmetterlingsflügels verwendet ?

Grüsse in die Schweiz

Wolfgang

[Kurt Wirz]

Hallo Wolfgang

Es war das NIKON M Plan, 40/0.5 ELWD, 210/0.
Als Distanz zwischen Objektivanschluss und
Chipebene wählte ich nicht 160mm sondern 300mm,
da ich mit einer Nikon D7100 fotografiere und mir
die Aberration im Randbereich nicht anschauen wollte.

Kurt

[knipser009]

hallo an alle

Kurt hat es mir per PM erlaubt  : Schmeiss diese Frage doch mal ins Forum.

Meine Frage war sinngemäß :

Welches ist der Unterschied zwischen einem NIKON M Plan, 40/0.5 ELWD, 210/0 und einem Nikon BD Plan 40/0.5 210/0 40x ELWD  ?

Antwort von Kurt :

BD Plan ist ein Objektiv, mit rund herum einem dünnen Schacht, um Licht hindurch zu führen, also ein Objektiv für spezielle Auflichtmikroskope.
Ich besitze ebenfalls solche Objektive, sie sind bestens geeignet, müssen aber etwas umgebaut werden.
Der Lichtkanal muss verstopft werden und ein Adapter für das Gewinde ist nötig (gibt es im Internet).

Zusatzfrage :  Welches Gewinde haben denn diese NikonObjektive ?

Grüsse aus dem regnerischen Saarland

Wolfgang

[Rawfoto]

Hallo Kurt

Interessante Lösung, Gratulation, die 0,001 mm gehen aber auch mit einer Mikroeinstellschraube. Ist die Ausdehnung in Deinem Fall wirklich linear?
Der Unterschied zwischen M-Plan und BD-Plan ist übrigens der, dass das BD-PLAN für Auflicht und Dunkelfeld geeignet ist (dazu ist der Lichtkanal rund um den Linsenkörper ...

Was ich aus Deiner Beschreibung nicht herauslese, sind das die Endlich- oder Unendlichobjektive, ich tippe ja auf die Endlichversion ...

Liebe Grüße aus Wien

Gerhard

[Kurt Wirz]

Lieber Gerhard

BD Plan 40/0.5 210/0 40x ELWD.
Das 210 bedeutet Millimeter, also endlich, denn bei 210mm endet es
ebenfalls das: NIKON M Plan, 40/0.5 ELWD, 210/0

Beide ohne Deckglas dies sagt das "0" aus.
Und der Strich dazwischen dient zur Lesehilfe .

Eine mechanische Lösung hat, wenn sie nicht sehr teuer ist,
Friktion (Reibung) und das führt zum Sottern (auslassen eines Schrittes).

Linear muss die Ausdehnung nicht sein, da Stackschritte für die Saftware nicht gleichmässig sein müssen,
sie müssen nur genug eng sein. Bei zu kurzen Schritten erhöht sich lediglich die Kernschärfe!
Dennoch ist die Wärmeausdehnung in einem weiten Bereichen linear,
das heisst, ihre Steilheit ist konstant und der Durchgriff bei genügend äusserer
Isolation prozentual gering.
Da die Hysteresis schmal ist, braucht es nur wenig Koerzitivkraft,
was die Reproduzierbarkeit erhöht.

Kurt

[abbeköhl]

Guten Abend Kurt,

Ein schönes Foti zeigst du da. Danke dir.
Auf die Idee mit dem Längenausdehnungskoeffizienten von PVC zu arbeiten, muss man erst kommen. Ich finde das genial. Wenn du alle Parameter und deren "Schwachpunkte" unter Kontrolle hast, so dass wie Gerhard schon geschrieben hat, keine progressive sondern eine lineare Längenausdehnung entsteht, ist es wirklich patentwürdig. Super Idee, mal was anderes als mit Schrittmotoren oder speziellen Linearmotoren zu arbeiten. Kurt ich schliesse mich Johannes an,,,, Vielen Dank, dass du uns an deiner tollen Idee teilhaben lässt.

Bei den Olympus Auflicht Objektiven ist die Bezeichnung im wesentlichen auch so...

Zum Beispiel:

UMPlanFL-BD  10x/0,30  ∞/- (Das Minus steht für "mit oder ohne" Deckglas, daher auch im Durchlicht zu gebrauchen)
UMPlanFL-BD  20x/0,46  ∞/0 (Das Null steht für "ohne" Deckglas, daher nur im Auflicht zu gebrauchen)

BD steht für Brightfield-Darkfield (Hellfeld-Dunkelfeld)
∞ steht für unendlich Optik, bei endlich Optik steht an der Stelle eine Massangabe.

Herzliche Grüsse aus der Schweiz,,,   Reto B.

[Rawfoto]

Guten Morgen, natürlich nicht nur für die Schweizer Kollegen

@Kurz, auch nach einer Nacht darüber schlafen, super Lösung, einfach unglaublich - aber warum hattest Du den Bedarf? Geht die Schrittmotorsteuerung nicht in so kleinen Schritten?

Dann noch eine Kleinigkeit zur Aussage ==> "Bei zu kurzen Schritten erhöht sich lediglich die Kernschärfe!" die mich beschäftigt. Das kann ich nicht nachvollziehen, die Kernschärfe ist jener Bereich der Schärfentiefe in welcher der Zerstreuungskreis am kleinsten ist, also ein kleiner Punkt nicht als Kreis aufgelöst wird. Das bezieht sich daher auf eine Einzelaufnahme. Im Stack wird also im Idealfall nur dieser Bereich aus der Schärfentiefe einer einzelnen Aufnahme für die Stackingberechnung herangezogen. Aus meiner Sicht - und daher habe ich ja immer so viele Schichten, gehe ich jetzt her und überlappe die Kernschärfebereiche der einzelnen Aufnahmen ... Das bewirkt ein durchgezeichnetes Bild auch im Grenzbereich der Auflösung, z. B. bei einem Insektenhaar. Wenn man das nicht macht, sprich über die Kernschärfe hinaus geht um Schichten zu sparen, merkt man bei diesem Haar einen Auflösungsabfall an den Kanten die bis zu kurzen Unterbrechungen gehen kann ...

Hmm, ist das der Hintergrund für Deine Formulierung "Bei zu kurzen Schritten erhöht sich lediglich die Kernschärfe!" - weil sich dadurch der "kernscharfe Bereich" über die gesamte Stapeldicke zieht ....

Was mich auch wundert, Du sagst, der unregelmäßige Abstand im Stapel stört die SW nicht. Da habe ich andere Erfahrungen - das führt bei Zerene bis zur Fehlermeldung! Hmmm, da könnte Heribert sicher mehr dazu sagen ...

@ Reto

Bei Olympus ist das bei den LB Objektiven der BH-" Serie nicht so einfach wie bei den BXen, daher auch meine Frage. Die haben bei den Aufflicht Unendlichobjektiven etwas herumgetrixt.

Mein S-Plan APO 50x z.B. hat 180, es ist aber ein Unendlichstem und die UMA Auflichteinheit ist eine Unendlicheinheit die sie die erden Jahre auch beim BX eingesetzt haben. Das hat etwas mit der Tubuslinse zu tun, spannender Wiese kann ich auch die FL oder D-Plan APO UV Objektive verwenden und die sind keine Unendlichsysteme. Sie wurden auch so verkauft, die Kombination ist also kein Zufallsprodukt sondern Ergebnis einer Olympusentwicklung. Da ich mich bei Nikon nicht so auskenne ...

Tests laufen bei mir aktuell gerade auch mit Nikon Auflichtobjektiven, endlich und unendlich und da sind Informationen rund herum sehr willkommen, danke an Euch beide dafür ...

Liebe Grüße

Gerhard

[Kurt Wirz]

Hallo Gerhard

NACHTRAG:
Ich habe mal kräftig durchgestrichen, was nicht empfehlenswert ist!!

Als Mass der Schärfentiefe in Abhängigkeit von der Apertur, nehme ich die Angaben von MITUTOYO.

Einem Objektiv 10/0.26 weist MITUTOYO eine Schärfentiefe von 4.1µm zu,
ich stacke bei 10X in Schritten von 10µm (0.01mm)
In der Praxis hat sich gezeigt, dass bei einem 10/0.25 Objektiv eine Schrittweite von 0.01mm absolut genügt.
MITUTOYO weist der Apertur von 0.26 eine Schärfentiefe von 4.1µm zu.
0.01 / 0.0041 = Faktor 2.4 ich rechne mit 2.5.
Dies bedeutet die Schärfentiefe Angabe von MITUTOYO mal 2.5 ergibt die Grösse meiner Stackschritte.
Bei Objekten mit vielen kleinen informativen Strukturen, setze ich manchmal die Stackschritte gleich der MITUTOYO Schärfentiefe Angaben, also in etwa auf 0.005mm.
Bei einem 10/0.3 Objektiv entspricht dies einer Stackschrittweite von (3.2µm x 2.5) 0.008mm (oder bei Gleichsetzung 0.0032mm).

Der StackShot lässt sich einerseits in Millimeter steuern "Units = Metric/mm",
da ist der kleinste wählbare Schritt 0.01mm.
Das taugt knapp bis zu 10:1 bei einer Apertur von 0.25 (4.1µm x 2.5 = 10.25µm etwa 0.01mm).

Der StackShot hat ebenfalls die Option von "Units = Steps",
da lässt sich dann wählen 1, 6, 11 usw. oder 5, 10, 15, 20 usw.
Wählt man 1, das wäre ein Schritt von 0.000496mm, bewegt sich nichts, bedingt durch Friktion.
Wählt man 5, das wären 5 Schritte, also 5 x 0.000495mm = 0.002475mm, dann funktioniert es üblicherweise bestens.

MITUTOYO weist einer Apertur von 0.3 (z.B. Objektiv 10/0.3) eine Schärfentiefe von etwa 3.2µm (0.0032mm) zu.
2.5 x 3.2 µm = 8µm, entspricht 16 StackShot Schritte.

Bei einem Objektiv 20/0.4 weist MITUTOYO einer Apertur von 0.4 eine Schärfentiefe von etwa 1.7µm (0.0017mm) zu.
Rechnet man dies mal 2.5 (0.0017mm x 2.5 = 0.00425mm) erhält man etwa 0.004mm, dies entspricht beim StackShot 8 Schritten.

Bei einem Objektiv 40/0.5 weist MITUTOYO einer Apertur von 0.5 eine Schärfentiefe von etwa 1.1µm (0.0011mm) zu.
Rechnet man dies mal 2.5 (0.0011mm x 2.5 = 0.00275mm) hier reicht der StackShot mit 5 oder 6 Schritten (0.002475mm oder 0.002976mm) ebenfalls aus.

Wer keinen Stackschlitten besitzt, kann dies mit der Büchse der Pandora preisgünstig erledigen.

Möchte man deine Kernschärfe nutzen in Form von den Angaben von MITUTOYO,
also Schärfentiefe = Stackschrittweite, oder noch mehr, dann reicht der StackShot
mit minimal 5 Schritten (0.002475mm) nur bis zu einer Apertur von 0.3 (0.0032mm).
Ganz zu schweigen, wenn der Anspruch besteht, innerhalb der Schärfentiefe 3 Bilder her zu stellen,
ich denke, dass dies deinem Anspruch der Kernschärfe entspricht.

Eine Möglichkeit beim StackShot, um mehr Bilder zum gleichen Bereich zu erhalten, besteht darin, dass man den gleichen Stack
mehrmals ausführt und die resultierenden Stacks von Zerene nocheinmal stackt.
Ich nehme an, dass der StackShot bei erneutem Stacken die Bilder nicht exakt an der selben Stelle anfertigt.
Deshalb jeder Stack an einer anderen Stelle die maximale Schärfe besitzt.

Bei Zerene hatte ich noch nie Fehlermeldungen, die sich auf unregelmässige Stackschritte bezogen.
Es kommt ab und zu vor, dass bei mir der Blitz nicht ausgelöst wurde, weil z.B. die Akkus mit ihrer Leistung zu Ende gingen,
da habe ich jeweilen das schwarze Bild gelöscht, es waren auch schon mal mehrere hintereinander (3 Stück), keine Fehlermeldung.
So ist es auch bei den Bildern mit der Büchse der Pandora,
weder meldete sich da Zerene zu Wort, noch sieht man in den Bildern eine Unregelmässigkeit!
So ist es auch beim Substacking wo man die Untergruppen nicht gleich gross wählen muss,
da hat sich Zerene beim zusammenrechnen der Untergruppen zu einem Bild auch noch nie beklagt.

Wandert der Bildausschnitt kontinuierlich in kleinen Schritten,
das muss nicht andauernd in der gleichen Richtung gehen,
sondern das Abwandern kann einen Haken schlagen, dann motzt Zerene ebenfalls nicht.
Die Abweichung kann vom ersten bis zum letzten Bild des Stacks ohne weiteres 20% der Bildhöhe -breite betragen.

Zerene beklagt sich höchstens, wenn die Abweichung des Bildausschnittes von einem Bild zum anderen zu gross ist.

Kurt

[abbeköhl]

Guten Abend Kurt,

Recht herzlichen Dank für die präzise Ausführung der Stackingschritte, sehr interessant. Noch einmal ein Kompliment zu deiner Erfindung.

Guten Abend Gerhard,

Interessant was du zu der Olympus BH-Serie und deren Auflichteinheit schreibst, ich kenne mich mit der Olympus BH-Serie leider nicht so gut aus wie mit den BX-Serien. Was die Optik anbelangt, bin ich nur über die UIS und UIS2 Serien auf dem laufenden und ich bin leider auch nur im Besitz von UIS Optiken. Ich kann solche Versuche wie du nicht machen, weil es mir an den entsprechenden Gerätschaften und Optiken fehlt. Auf jeden Fall interessant.

Tests laufen bei mir aktuell gerade auch mit Nikon Auflichtobjektiven, endlich und unendlich und da sind Informationen rund herum sehr willkommen, danke an Euch beide dafür ...

Nikon habe ich leider gar nichts. Tut mir leid dass ich diesbezüglich nicht weiterhelfen kann.

Herzliche Grüsse aus der Schweiz,,,   Reto B.

[Kurt Wirz]

Hallo Gerhard

Vielen Dank für dein, anfänglich etwas lästiges Wort "Kernschärfe".

"Bei einem Objektiv 40/0.5 weist MITUTOYO einer Apertur von 0.4 eine Schärfentiefe von etwa 1.1µm (0.0011mm) zu.
Rechnet man dies mal 2.5 (0.0011mm x 2.5 = 0.00275mm) hier reicht der StackShot mit 5 oder 6 Schritten (0.002475mm oder 0.002976mm) ebenfalls aus."

Ich habe nun mit der "Büchse der Pandora" Stackschritte um 0.5 bis 0.2µm mit dem
NIKON M Plan, 40/0.5 ELWD, 210/0 ausgeführt.
Das sind an Stelle von etwa 40 Aufnahmen für die Schmetterlingsschuppen in Schritten von 0.0025mm (2.5 µm) mit dem StackShot,
etwa 300 Aufnahmen mit durchschnittlich 0.35µm mit der Büchse.

Der Unterschied ist klar erkennbar!
Zur Kernschärfe habe ich somit keine Fragen mehr,
denn ich sehe sie deutlich vor mir.

Empfehlenswert sind somit Schritte, die der Hälfte oder einem Drittel der Schärfentiefe entsprechen.

Vielen Dank

Kurt