Testobjekt Auflösung Durchlicht-Mikroskopie Blu-Ray

[purkinje]

Hallo werte Forumsgemeinde,

von Zeit zu Zeit treten hier im Forum wie auch bei den verschiedenen Mikroskopierrunden Fragen zur Auflösung oder Sichtbarkeit kleinster Strukturen unter verschiedensten Bedingungen (Objektivauswahl, Immersion, Kontrastverfahren etc.) auf.
Ein einfaches und günstiges Testobjekt für die Durchlicht-Mikroskopie, das breit zu Verfügung stände, wäre also hilfreich.
Meine Fragen hierzu:

• Was spricht für oder gegen die Verwendung von DVD bzw Blu-Ray Pits wie dies im Bärtierchenjournal Mai 2020 und folgende beschrieben wurde?
• Hat jemand derartiges für Durchlicht ausprobiert?
• Was gilt es bei der Bearbeitung der DVDs bzw Blu-Rays zu beachten?
• Wie habt ihr /würdet ihr Testpräparate herstellen (Eindecken? Medium? Deckglas?)

Beste Grüße Stefan

[Lupus]

Hallo Stefan,

den Artikel im Bärtierchenjournal finde ich etwas seltsam. Darin wird behauptet, dass sie die Blue Ray Pits (das sind die einzelnen Vertiefungen der Datenspur) mit einer NA 1.3 aufgelöst haben. Zunächst wird auf einen älteren Beitrag aus Mikrokosmos verwiesen, wonach gelten würde "Selbst mit einem Apochromaten 1,4 erhält man danach eine einigermaßen objektähnliche Darstellung nur dann, wenn bei günstigen Umständen die Struktur wenigstens 1 µm, bei weniger günstigen Umständen dagegen wenigstens 4 µm groß ist".
Dann wird anhand eines Fotos stolz beschrieben, dass im Gegensatz zu dem obigen Zitat die Pits aufgelöst wurden, und: "Langer Rede kurzer Sinn: Zur Abbildung der Feinstruktur einer Blu-ray kann ein altes Mikroskop vom Trödler ausreichen - wenn man es nur angemessen zu nutzen versteht! Jedenfalls sollte man keinesfalls behaupten, dass die Spuren und Pits einer Blu-ray DVD im Lichtmikroskop nicht auflösbar seien."

Das ist eigentlich Unsinn und fehlendes Verständnis vom Thema Auflösung. Das erste Zitat wurde falsch interpretiert, denn im Mikrokosmos-Artikel ging es um die morphologische Auflösung von Diatomeenstrukturen, also um mehr als nur das "diffuse" Erkennen ob da irgend etwas ist. Und dazu muss die Mikroskopauflösung mehrfach höher sein als die Strukturgröße.
Die Pits haben nach der Darstellung eine Breite von 130 nm, der Abstand der Datenspuren beträgt 320 nm, und die "akademische" Mikroskopauflösung für eine NA 1.30 nach den einschlägigen Wikipedia-Formeln etwa 210 nm. D.h. dass man natürlich die Datenspuren in Form ihres Abstandes zueinander erkennbar machen konnte. Aber nicht einzelne Pits, ich kann jedenfalls kein einziges erkennen.

Hubert

[purkinje]

Hallo Hubert,

über die launige Art des Journals kann man sicherlich streiten und Aussagen wie

kann ein altes Mikroskop vom Trödler ausreichen

erinnern mich an teils /oft vergammelte Optiken und grünes Fett  und nicht an Spass und Freude am Mikroskopieren, weshalb solche Sätze nicht arg hilfreich sind.

Bleiben wir mal bei der Blu-Ray, auch ein grenzwertig (teil-) aufgelöstes Objekt könnte ja meinem Verständnis nach hilfreich sein, etwas mehr als "blurred shades in green" (ich seh auch nur Schattenwürfe der Lands/Erhebungen) darf es dafür natürlich schon gerne sein.
Etwas bessere Abbildungen, jedoch alle in Auflicht gab es mal hier im Forum: CD, DVD und Blu-Ray Spuren mit Mikroskop und REM. Die letzten drei Bilder in diesem Faden mit dem Leitz 160x/1,4 oo/- Öl Objektiv von Kai sowie die, in Hr Machs blog auch erwähnten Bilder von Jean-Marc Babalian in ICR Blu-ray pits nehmen mich aber dafür ein, dass es, jenseits der Trödelware, auch im Durchlicht noch etwas besser gehen könnte, oder?

Mir geht es weniger um den Grundtenor "kann ein Lichtmikroskop..." sondern ob so ein grenzwertiges Objekt als Testobjekt taugen könnte, und wenn nicht welches standardisierte Objekt dann.

Beste Grüße Stefan

[Lupus]

Hallo Stefan,

ich halte eine Blu-ray nicht für ein optimales Testobjekt. Vielleicht zum Vergleich zu Hause zwischen zwei verschiedenen Objektiven oder Beleuchtungsvarianten (und auch nur für hochaperturige Immersionsobjektive). Denn dann muss man ja die Pits auch nicht auflösen, und unter der Voraussetzung dass die Aufnahmen identisch durchgeführt und weiter verarbeitet wurden (Problem Kontrast) kann man so etwas wohl verwenden. Was soll denn das Ziel des Tests alternativ sein?

Hubert

[TStein]

Hallo in die Runde,

darf ich trotzdem nochmal kurz fragen, was ihr unter optischer Auflösung eigentlich versteht? Im Grunde ist es ganz gut in der Wikipedia erklärt und zwar unter dem Abschnitt "Rayleigh-Kriterium": https://de.wikipedia.org/wiki/Aufl%C3%B6sung_(Mikroskopie)
Wenn man die Auflösung testen will, verwendet man in der Regel ein Hell/Dunkel-Linienmuster mit hohem Kontrast und schaut dann, bei welchem Linienabstand die beiden Linien noch zu trennen sind, dh es muss irgendwie noch sichtbar sein, dass die Helligkeit sich zwischen den Linien ändert. Die Erkennbarkeit von irgendwelchen Feinstrukturen in großen Objekten taugt leider nicht wirklich zu einem sinvollen Vergleich.
An einer einzelnen scharfen intransparenten und sehr dünnen Kante könnte man auch den Bereich ausmessen, in dem die Helligkeit abfällt. Daraus lässt sich im Grunde auch auf die Auflösung schließen.
Bei den Pits und Lands der Blueray ist vermutlich der Kontrast nicht wirklich hoch, sind doch nur mit Laser umgeschmolzene Kunststoffbereiche. Ich denke auch nicht, dass diese an der Oberfläche liegen, sondern bestimmt etwas im Material drinnen. Aber immernoch besser als garnichts.
Es gibt übrigens auch sogenannte Sterntests, wo extrem kleine Löcher in einer Metallschicht gemessen werden.

Lg Tino     

[Lupus]

Hallo Tino,

der Sterntest oder die Messung der MTF z.B. an einer Kante sind natürlich mögliche Messmethoden. Es ist nur nicht so leicht, eine perfekte Kante für Objektive im Bereich höchster Auflösung mit z.B. einer NA von 1.3 zu finden (wenn es nichts kosten soll).

Hubert

[purkinje]

Hallo,
auch ich muss mir erst mal eine Bluray besorgen (sind eine diesbezüglich silberscheibenfreie Zone) und @Hubert, ja genau um Vergleiche zwischen  verschiedenen Objektiven oder Beleuchtungsvarianten soll es ja gehen.
Es gibt ja einige mögliche Testpräparate, am häufigsten Diatomeen, wobei halbwegs standardisierte nach dem Tode von Klaus Kemp leider nur noch reichlich teuer zu erhalten sind, auch Sterntest-Platten und die berühmten Platten von Nobert sind nur sehr teuer oder gar nicht zu haben.
Es geht mir hier um die Möglichkeiten evtl auch mit verschiedenen einfach erhältlichen Materialen halbwegs standardisierte Testpräparate zu erstellen.
Vielleicht hat es ja schon jemand hier für Durchlichtmikroskopie mit DVD und/oder Bluray ausprobiert, oder noch andere Ideen hierzu?

Beste Grüße Stefan 

[Nochnmikroskop]

Vielleicht hat es ja schon jemand hier für Durchlichtmikroskopie mit DVD und/oder Bluray ausprobiert, oder noch andere Ideen hierzu?

Hallo Stefan,

die DVDs kann man relativ einfach mittig auftrennen. In der Mitte sollen ja die Datenspuren sein.
Leider sind die Bereiche von Durchsichtigkeit (von der Rückseite aus gesehen) und Halbdurchsichtigkeit (Licht dringt durch den Aufdruck durch) nicht immer exakt. Mal ist die SPur auf der einen, mal auf der anderen Seite sichtbar, je nach Trennung.
Mein Keyence kann gut die DVD (muss bespielte Kauf DVD sein, keine selbstgebrannte)  auflösen.
Im Auflicht mit Koaxiallicht recht gut, im Durchlicht mit einfacher LED-Leuchtfläche (kein Kondensor) weniger gut bis schlecht.

Mein Fazit: die DVD ist zu leicht aufzulösen, aber die richtige Stelle für einen Test-Objektträger herauszufinden wäre auch schwierig.

Die Blue-Ray kann ich nicht mehr auflösen. Scheint mir aber wegen der dicken Schicht incl. Druck schwer als Testobjekt fürs Durchlicht herstellbar zu sein. Für Auflicht wäre das wohl okay.

Ich habe mir den Auflösungstest von Zeiss gegönnt um u.a. fehlerhafte Objektive erkennen zu können. Das geht aber "nur" bis 4500 LP/mm. Der Objektträger ist für Durchlicht und Auflicht geeignet. Wäre da nicht der Preis ... 

Übrigens, wenn man mal die Formeln für die Auflösung nicht mit den üblichen 550 nm Lichtwellenlänge berechnet, sondern mit z.B. 365 nm, sollte selbst eine Blue-Ray noch nicht das Ende der Fahnenstange bedeuten.

LG Frank

Bild einer halb gespaltenen DVD, man kann schon erkennen, das die Trennung nicht gleichmäßig ist.
An den Markierungen habe ich Auf- und Durchlicht versucht. 

[Nochnmikroskop]

Hallo Auflösungsexperten,

Könnte man als Testobjekt nicht eine einzelne Schmetterlingsschuppe eines ausgewachsenen Exemplars verwenden?
Bei einigen Arten sind kleinste Löcher in den Strukturen erkennbar (zumindest im REM s. Bild 2).

Da ein Schmetterling tausende sehr ähnliche Schuppen hat, wäre auch die Gleichmäßigkeit der Öffnungen vermutlich genauer, als bei Diatomeen.

Was meint Ihr?

LG Frank

[Lupus]

Hallo,

das Problem mit Strukturen wie von DVDs oder Blu-rays ist, dass hier zwar der Objektabstand recht gut definiert ist, aber nicht der Ausgangskontrast, also der vom Objektiv unbeeinflusste Kontrast weit unterhalb der Auflösungsgrenze ("Phasenobjekte"). Auflösungstests werden meist in Form einer Modulationsübertragungsfunktion (MTF) gemacht, sind also im Prinzip immer Kontrastmessungen.

Dazu nimmt man vorzugsweise Linienstrukturen mit möglichst kontrastreichen (schwarz-weißen) Übergängen. Alternativ kann man eine einzelne Linienkante vermessen und aus der gemessenen Intensitätskurve ("Kantenfunktion" oder "Edge Response Function") auf die Abbildung einer unendlichen dünnen Linie schließen ("Linienabbildungsfunktion" oder "Line Spread Function") und daraus die MTF errechnen. Wobei für Mikroskopobjektive zum Vergleichen der jeweiligen Grenzauflösung die LSF eigentlich ausreicht. Phasenobjekte sind für diese Art Messung ungeeignet weil der Kontrast vom Testobjekt (Phasenverschiebung) und dem Kontrastverfahren abhängt. Wenn ich z.B. die NA der Beleuchtung verringere kann ich bekanntlich ein "deutlicheres" Bild des Phasenobjektes erhalten, obwohl die theoretische Auflösung verringert ist. Wie schon erwähnt könnte man solche Objekte daher nur zur relativen Vergleichsmessung unter identischen Aufnahmebedingungen verwenden.

Am reproduzierbarsten dürfte noch die Vermessung der "Punktabbildungsfunkton" ("Point Spread Function") sein sofern man eine ausreichend kleine Punktlichtquelle hat. Das ist dann die direkte Anwendung der Beugungstheorie (Durchmesser Airy-Scheibchen). Das Verfahren stellt aber schon einige Anforderungen an die Aufnahmetechnik und auch an die Suche nach einem geeigneten "Teststern", dessen Durchmesser muss nämlich unterhalb der Auflösungsgrenze liegen. Und dann gibt es da noch Intensitätsprobleme bei der Aufnahme (Bildrauschen), weil man mindestens den ersten Beugungsring um das Maximum herum als Referenz mit abbilden muss.
Hier ein praktisches Beispiel: https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=19155.msg146310;topicseen#msg146310

Hubert

[purkinje]

Hallo,

schon einmal Dank an alle Teilnehmer, Frank für seine initialen Versuche mit der DVD und Tino und Hubert zu den wichtigen theoretischen Ausführungen zu Testobjekten im Allgemeinen und auch speziell zum Thema Blu-ray.

Ich hatte vor Jahren mal Deckgläschen mit 'Chrom'sprühlack behandelt und nach dem Aushärten poliert um Pinholes oder feine Linien (Spinnenfäden vor dem Sprühen aufgeklebt) zu erzeugen, die Dicke, Art und Aushärtung des Lacks ist hierbei kritisch, die Ergebnisse waren teilweise akzeptabel aber nicht optimal.

Eine Bestimmung der PSF (s.o.) ist sicher herausfordernd und allenfalls sinnvoll wenn z.B. eine Korrektur im Rahmen einer Dekonvolution von Bildern und Stacks rechnen will.
Linienobjekte in unterschiedlichen Breiten und Abständen sind sicher das objektivierbarste und praktisch schnell nutzbare Objekt.
Für hochaperturige immergierte Anwendungen sind diese, wie schon oben bemerkt, auch für mehr als "nichts kosten", also ein paar hundert €, nicht zu haben. Dieses geeignete Objekt für die Durchlichtmikroskopie Super High Resolution USAF Test Targets kostet aktuell 1348€. Mittlerweile sind die wenigen anderen Hersteller gar nicht mehr am Markt bzw. stellen nur noch Objekte für die EM her.
Meine Frage daher an Frank: wieviel kostet das Zeiss- Testobjekt?
Kennt jemand andere Quellen für Testobjekte (Durchlicht, feine Auflösungen für die Grenze der lichtmikroskopischen Auflösbarkeit)?
Gerne auch noch weitere Meinungen, Beobachtungen etc zu diesem Thema.
Beste Grüße Stefan

P.S. In seinem aktuellen Blogbeitrag berichtet auch J. Crowther über das o.g. Test Target, ansonsten geht es um sein Steckenpferd, die UV-Mikroskopie  : MICROSCOPY – RESOLUTION BENEFITS WITH 390NM LIGHT

[Nochnmikroskop]

Hallo Stefan,

das Auflösungs-Testobjekt 3000 von Zeiss liegt in dem Preis-Rahmen der von Dir zitierten Auflösungstets. Allerdings gibt es beim Zeiss Testobjekt eine Klarsichtige Skala (3x) ringsum schwarz, die andere Hälfte ist klarsichtig mit schwarzen dunklen Linien. Ist m.M.n. das beste in der Richtung. Die Größe entspricht auch Objektträgern ist aber dicker.

Ich habe meines damals von Herrn Linkenheld bezogen, der hatte mir damals das beste Angebot gemacht, daher möchte ich den finalen Preis nicht hier publizieren. Diese 3000 beziehen sich auf die alten Testobjekte, vermutlich hat Zeiss festgestellt, dass es schon wesentlich höher auflösende Objektive gibt. Meines heißt zwar noch 3000, geht aber bis 4500 LP/mm. Aktuelle ggf. noch höher???

Auflösungstestcharts gibt es auch bei Thorlabs, Edmundsoptics, otpsche Syteme Jülich, etc.
https://www.edmundoptics.de/c/test-targets/1099/

Hier hatte ich eine große Auswahl gefunden, aber nicht das von Zeiss.
https://www.imatest.com/product-category/test-charts/

Wären denn Schmetterlings-Schuppen einer Gattung nicht mal testenswert (eingemacht unter Deckglas)? Auf REM Bildern sind "Löcher" von 300 nm und noch kleiner sichtbar, die fast parallelen linienartigen Streifen mit den Querstreben sind oft unter 1 µm breit auseinander, könnten auch als Anhaltspunkt dienen.
Was mir noch einfällt sind die Linienraster von Spektometern, da geht es auch bis weit über 1000 LP/mm. Die kosten bis 1000 LP/mm nur wenige Euro. Aber unter Deckglas?

LG Frank 

[Stuessi]

Hallo liebe Mikroskopiker,

dies sind meine Ergebnisse zu DVD und BluRay im Auflicht.








Viele Grüße,
Rolf

[Thomas Böder]

Rolf, ich sehe nüschts. 

[Nochnmikroskop]

Hallo

Bilder dauern meist 20 Minuten bis die sichtbar werden.

Frank