Liebe Mikroskopiker,
angeregt durch den gerade aktuellen Faden zum Köhlern habe ich mich entschlossen, eine Lanze für eine Beleuchtungsart zu brechen, die viel zu wenig beachtet wird, die aber unter bestimmten Voraussetzungen (siehe unten) bessere Ergebnisse bringt als die Köhlersche. Damit keine falschen Vorstellungen entstehen: Dies schreibt kein Anfänger. Dies schreibt einer, der sich seit vielen Jahren (Jahrzehnten) immer bemüht hat, ein Höchstmaß an Auflösung bei gutem Kontrast in der Durchlichtmikroskopie zu erreichen.
Wenn man
1. ein Mikroskop der Zeiss-Standardreihe verwendet, das einen Lampeneinschub besitzt, wenn
2. ein Kondensor verwendet wird, der unterhalb der Aperturblende eine Linse trägt (das sind praktisch alle Kondensoren mit Klapplinse),
dann wird man bei stärkeren Objektiven (etwa ab 40:1) beobachten, daß es unmöglich ist, bei exakt eingestellter Köhler-Beleuchtung die Hinterlinse des Objektivs voll auszuleuchten. Zu sehen ist das, wenn man die Hinterlinse durch das Einstellfernrohr (oder Stellung PH beim Optovar) beobachtet und die Aperturblende ganz öffnet. Optimales Verschieben des Lampenrohres schafft auch keine Abhilfe. Das bedeutet, daß es so nicht möglich ist, die volle Kondensorapertur zu nutzen.*) Bei einem Objektiv der Apertur 0,75 spielt das noch keine entscheidende Rolle, doch bei Objektiven mit NA = 1,25 oder 1,4 ist das fatal, denn man braucht ja bei 1,25 Objekttivapertur die Kondensorapertur 0,9 ganz, um wenigstens die 2/3-Regel zu erfüllen.
In diesem Fall gibt es nur eines:
Hilfslinse unter dem Kondensor wegschwenken,
Leuchtfeldblende ganz öffnen,
und jetzt die Aperturblende nach Bedarf schließen. Meist wird man sie bei hochaperturigen Objektiven ganz öffnen können, denn die 2/3-Regel ist ja bei einem Trockenkondensor dann bereits erfüllt.
Diese Art der Beleuchtung heißt Nelson-Beleuchtung. Sie ist unter den geschilderten Voraussetzungen der Köhler-Beleuchtung haushoch überlegen! Ich kann z.B. mit dieser Beleuchtungsart mit einem Plan-Neofluar 63/1,25 oder auch mit einem Achromat 100/1,25 die Feinstruktur von Frustulia rhomboides voll auflösen, was mit dem oben erwähnten "Quasi-Köhler" nicht möglich ist.
Es sei noch gesagt, daß das Immergieren des Kondensors (wenn man eine Frontlinse mit NA > 1 verwendet) kaum noch eine Verbesserung gegenüber dem geschilderten Verfahren bringt.
Aber noch einmal: Ich kann nur über die oben genannten Voraussetzungen und Mikroskope sprechen. Zu allen anderen Ausrüstungen kann ich nichts sagen, denn da habe ich keinerlei Erfahrung. Trotzdem: Es lohnt sich, einmal bei exakt eingestellter Köhler-Beleuchtung und bei ganz geöffneter Aperturblende die Hinterlinse des Objektivs zu beobachten.
Schöne Grüße
Gunther Chmela
*) Es wurde deshalb hier vor vielen Jahren sogar einmal gemutmaßt, die Zeiss-Kondensoren mit NA 0,9 hätten gar nicht die aufgravierte Apertur, sondern eine geringere. Das stimmt natürlich nicht.
Hallo Gunther,
vielen Dank für diesen ,,Faden" bezüglich Köhler bzw. Nelson-Beleuchtung. Ich finde es faszinierend, dass dieses Thema immer wieder Raum für Diskussionen bietet.
Ich kann Deine Beobachtungen bezüglich der nicht voll ausgeleuchteten Objektiv-Hinterlinsen an folgenden Kondensor/Objektiv-Kombinationen am Standard WL bestätigen:
- Trockenobjektiv Planapo 40/0,95
- Revolverkondensor mit Frontlinse 0,63 und 1,4 (nicht immergiert)
- Klappkondensor mit einschwenkbarer Frontlinse 0,9
Um die Hinterlinse vollständig auszuleuchten wird, wie von Dir beschrieben, die LFB voll geöffnet. Bei voll geöffneter Aperturblende bewege ich den Kondensor solange nach oben, bis die Hinterlinse voll ausgeleuchtet im Einstellfernrohr erscheint. Selbst bei dem mit der 0,63er Frontlinse ausgestatteten Kondensor erscheint so die Hinterlinse des Objektives mit n.A. von 0,95 als voll ausgeleuchtet. [Edit: da ist mir wohl ein Fehler unterlaufen, die Objektiv-Hinterlinse wird unter Verwendung der 0,63er Frontlinse nicht komplett ausgeleuchtet...nur eben etwas besser wenn man den Kondensor anhebt...dann wird der max. Durchmesser der Aperturblende ausgeleuchtet...naja schwierig zu erklären]
Bei Objektiven mit n.A von 1,25 muss ich auch immer den mit Wasser immergierten Kondensoren mit der 1,4er Frontlinse aus der Köhlerstellung nach oben bewegen, um die Hinterlinse wirklich voll auszuleuchten.
Dass diese Ausleuchtungsprinzip dann der Nelson Beleuchtung entspricht, war mir nicht bewusst - wieder was dazugelernt. Vielen Dank für Deinen Hinweis.
viele Grüße
Jochen
Ein kleiner Nachtrag, damit keine Zweifel aufkommen.
1. Ich halte die Köhler-Einstellung nach wie vor für die beste Art der Beleuchtung, wenn sie exakt realisierbar ist - und genau das ist eben unter den von mir genannten Voraussetzungen nicht möglich.
2. Wenn man nach der von mir geschilderten Methode vorgehen möchte, sollte man immer zuerst "köhlern", so gut das eben geht. Eine Veränderung der Kondensorhöhe ist dann nicht mehr erforderlich.
3. Bloßes Öffnen der Leuchtfeldblende allein hat keinen Nutzen - die schwenkbare Hilfslinse muß aus dem Strahlengang!
Grüße
Gunther Chmela
Hallo,
da hab ich jetzt ein Verständnisproblem, auch mit der Bezeichnung. Ich kenne bisher nur die synonyme Bezeichnung von kritischer Beleuchtung und Nelson-Beleuchtung. Unter kritischer Beleuchtung versteht man nach meiner Kenntnis einfach die Beleuchtung, bei der die Lichtquelle, meist in Form einer Mattscheibe, mittels Kondensor in die Objektebene abgebildet wird. Was soll jetzt genau die Nelson-Beleuchtung definieren? Und gibt es für die Bezeichnung eine Referenz in der Literatur?
Hubert
Hallo,
im alten Forum gab es bezüglich Nelson vs. Köhler-Beleuchtung folgenden Beitrag:
http://www.mikroskopie.de/mikforum/read.php?1,4799,4802
viele Grüße
Jochen
Hallo Jochen
die dort zitierte Beschreibung aus der Mikrofibel sagt nichts anderes als das allgemein Bekannte und was ich auch schon beschrieben habe. Ich versuche nur zu verstehen was die von Gunther beschriebene Methode und die Bezeichnung Nelson-Beleuchtung damit zu tun hat.
Hubert
Of course critical/nelson illumination is also possible with a Leuchtfeldblende, so minimizing stray light is not solely the advantage of Koehlerillumination.
I remember discussions by microscopical mastodonts on one of the yahoo groups, particularly by Merv Hobden. He doesn't think a projection of a filament on the back focal plane is a good idea, and swears by the very broad wick of the 19th centhury oil lamps, and in absence of that, a ribbon filament lamp. And Nelsonian illumination. A led is next, and then he would consider the low voltage microscope lamps...
Theorethically, Koehler and critical can give similar results, unless an uncorrected (Abbe) condenser is used. Then, critical illumination is better. Example img by Frithjof Sterrenburg at http://www.microscopy-uk.org.uk/primer/index.htm
Best wishes, René
Ich wollte eigentlich mit meinem Eingangsbeitrag lediglich einen Tip für die Praxis geben. Einen Streit über Nomenklatur und Definitionen wollte ich ganz bestimmt nicht vom Zaun brechen. Trotzdem aber hier meine Sicht der Dinge:
Bei der kritischen Beleuchtung sollte die Lichtquelle selbst, also etwa die Glühwendel oder der Emitter einer LED, in der Präparatebene abgebildet werden. Da dies aber zu Inhomogenitäten der Ausleuchtung führt, schaltet man eine Mattscheibe ein. Gut, das wissen wir.
Die Verhältnisse bei den von mir genannten Zeiss-Mikroskopen sind nun so, daß eine Linse des Kollektors im Beleuchtungsrohr mattiert ist. Damit wäre eine Abbildung der Lichtquelle in die Präparatebene sowieso ausgeschlossen. Ferner ist das Lichtbündel, das aus der Lichtaustrittsöffnung kommt, bei richtiger Stellung des Lampeneinschubs parallel.
Also ist es ja völlig egal, wo genau im Strahlengang die mattierte Fläche sitzt.
Ob man das jetzt Nelson nennen darf oder nicht? Streit um des Kaisers Bart!
Schöne Grüße wiederum
Gunther Chmela
P.S.: Wenn man ganz gehässig sein wollte, dann könnte man sagen, daß mit den Mikroskopen der genannten Bauart weder exakt Köhler, noch exakt Nelson zu verwirklichen ist. Für beide Verfahren müßte man das Licht einer getrennt aufgestellten Lampe über einen Spiegel in den Kondensor lenken.
Zitat von: Gunther Chmela in Dezember 17, 2015, 20:16:36 NACHMITTAGS
angeregt durch den gerade aktuellen Faden zum Köhlern habe ich mich entschlossen, eine Lanze für eine Beleuchtungsart zu brechen, die viel zu wenig beachtet wird, die aber unter bestimmten Voraussetzungen (siehe unten) bessere Ergebnisse bringt als die Köhlersche.
Lieber Herr Chmela,
wenn bei ihrem Zeiss Standard eine Abweichung von den Köhlerschen Bedingungen eine bessrere Auflösung bringt, weil sie die hintere Brennebene des Objektivs (Austrittspupille, mit Hintertlinse kann das übereinstimmen, muss aber nicht) besser ausleuchtet, dann war das was sie als köhlersche Beleuchtung eingestellt hatten keine. Weil eine der Köhlerschen Bedingungen ist ja gerade dadurch definiert, dass die Lichtquelle in die hintere Brennebene abgebildet wird und die Abbildungsbedingungen und die Grösse der Lichtquelle so sind dass diese auch voll ausgeleuchtet wird.
Nun ist es manchmal so, dass mit dieser Köhlerbedingung die gering vergrösserten Objektive nicht mehr gleichmässig ausgeleuchtet werden konnten.
Deshalb gab es Hilfslinsen. Nun gab es aber in der Entwicklung der Zeiss Standard Reihe und der WLs, Universale, und Phomis ein richtiges Hilflinsengedöns. Bei manchen Typen musste die Hilfslinse zur Ausleuchtung der Objektivapertur grösseren Objektive drin sein und für kleinere Objektive ausgeschwenkt werden und bei anderen war es umgekehrt. Und bei den neueren Kondensoren mit Klapplinse 0.9 war sie sogar fest unten in den Kondensor eingeschraubt. Und da es ja noch verschiedene Lichtquellen mit verschiedenen Lichtwegen also auch verschiedene Hilfslinsen gab können sie sich vorstellen wie man trotz Einstellen der Köhlerbedingung am Mikroskop (Kondensorhöhe so einstellen, das Leuchtfeldblende in der Objektebene scharf ist und das Bildfeld gerade begrenzt) trotzdem nicht die eigentlich wichtigste Köhlerbedingung (Ausleuchtung der vollen Objektivapertur) eingehalten ist, weil eine falsche Kombination am Mikroskop vorhanden ist.
Ich hatte z.B. auch mal den Kondensor 0.9 mit Klapplinse von meinem neueren Zeiss Standard in mein Phomi II gesetzt und mich gewundert, dass unter Einstellung der Köhlerbedingung über die Leuchtfeldblende die Apertur der grösseren Objektive nicht mehr voll ausgeleuchtet war und zwar mit oder ohne eingeklappter Hilfslinse. Hab mir dann auch mit einem Höherstellen des Kondensors geholfen. Später hab ich dann zufällig entdeckt, dass dieser Kondensor schon eine Hilflinse eingeschraubt hatte, die natürlich nicht auf das PhomiII abgestimmt war. Nach Entfernen dieser Hilfslinse war alles im Lot. Bei Einstellung der Köhlerbedingung mit der Leuchtfeldblende war dann auch die Apertur des Planapo 40/0.95 mit dem 0.9 Kondensor voll ausgeleuchtet.
Mit Nelson ist besser als Köhler hat das nun aber schon gar nichts zu tun.
Die kritische Beleuchtung nach Nelson ist dadurch definiert, dass eine (mattierte) Lichtquelle über den Kondensor direkt in die Objektebene abgebildet wird. Mit dem Nachteil dass man dann im Bild die Lichtquellen- oder Mattscheibenstruktur sieht, und das Bild ungleichmässig ausgeleuchtet ist und man keine Leuchtfeldblende zur Reduzierung des Streulichts hat.
Das einzige Vorteil gegenüber Köhler ist, dass man so eine höhere Beleuchtungsdichte erreichen kann.
Zwischen rein Nelson und rein Köhler gibt es natürlich auch noch jede Menge auch Zwischenzustände.
viele Grüsse
Wilfried
Hallo,
Ich kenne die Zeiss Mikroskope zwar nicht, bei der Diskussion fällt mir auf, daß "ausgeleuchtete Hinterlinse" gleichgesetzt wird, mit "ausgeleuchteter Apperturebene". Ich bin mir da nicht sicher, ob man das so sehen kann. Beim durchschauen durch ein Objektiv begrenzt zwar die als Apertur wirksame Blende den Blick. Man sieht diese Ebene allerdings nicht 1:1, sondern man sieht beim Durchschauen ein Bild des Aperturdurchmessers, das vom jeweiligen Teilsystem der Linsen vor oder nach der Aperturebene abgebildet wird, je nachdem von welcher Seite man schaut. Bei Retrofokus oder Teleoptiken kann man schön sehen, daß der selbe Durchmesser von vorne oder hinten durch das Objektiv gesehen größer oder kleiner erscheint. Beim axparallelen Durchschauen scheinen Front und Hinterlinsen oftmals größer als notwendig zu sein, was allerdings zum geringhalten von Vingnettierungen erforderlich ist.
Lieber Wilfried,
ich erlaube mir das Du und bitte, ebenfalls so angesprochen zu werden (daß ich manchmal mit vollem Namen unterschreibe, ist bloß Gedankenlosigkeit).
Aber zur Sache. Vielen Dank für die ausführliche Erläuterung! Doch im Grunde ist mir das alles bekannt, allerdings habe ich mich wohl in der Terminologie etwas leichtfertig ausgedrückt. Auch die Tatsache der vielen verschiedenen Hilfslinsen war mir bekannt, natürlich ebenso die Köhler-Bedingung, daß vor allem die Objektivapertur ganz ausgeleuchtet sein muß.
Nun gut. Ich habe am WL genau eine schwenkbare Hilfslinse, eine andere steht nicht zur Wahl. Ich habe zwei Kondensoren mit klappbarer Frontlinse, die beide eine fest eingebaute (also nicht eingeschraubte) Linse unter der Aperturblende besitzen (ein Kondensor 0,9 und ein Phako-Kondensor, ebenfalls 0,9). Bei beiden tritt das geschilderte Phänomen auf, daß bei stärkeren Objektiven die Apertur nicht voll ausgeleuchtet wird, wenn man ansonsten genau nach Köhler-Vorschrift einstellt.
Mit dem achromatisch-aplanatischen Satzkondensor kann ich bei eingeschwenkter Hilfslinse einwandfrei köhlern. Ganz offensichtlich ist die Hilfslinse für diesen Kondensor konzipiert.
Da ich weiß, daß andere Mikroskopiker genau das gleiche Problem kennen, das ich geschildert habe, habe ich meine Erfahrung als Praxistip weitergegeben.
Denn, und das ist wohl das Entscheidende, die beschriebene Methode führt zu einem Ergebnis, das gar nicht besser sein kann! Siehe mein Beispiel im Eingangsbeitrag.
Du erwähnst am Schluß "jede Menge Zwischenzustände". Eben! Und was sollte denn am Ende zählen - das Ergebnis oder die reine Lehre? Ich bekenne mich in diesem Fall als begeisterter Praktiker!
Schöne Grüße
Gunther
Hallo,
die älteren Zeiss-Kondensoren 0,9 mit Klapplinse für hohe n.A. und herausschwenkbarer Hilfslinse haben auch immer die Aperturblende innerhalb des Kondensors. Das liegt an der optischen Konstruktion dieser Kondensoren, die aus zwei Linsengruppen in großem Abstand bestehen. Man kann damit relativ einfach große n.A. erreichen, mit dem Nachteil, dass die Lage der optischen Hauptebenen sich so stark verschiebt, dass die wichtige objektseitige Brennebene innerhalb des Kondensors liegt. Die zusätzliche herausschwenkbare Hilfslinse ist (zumindest bei diesem Modell) nur zusätzlich für schwache Vergrößerungen gedacht. Obwohl diese Linse positive Brechkraft hat und eigentlich die Gesamtbrennweite des Kondensors verringern müsste, verringert ihr Einschwenken in Verbindung mit der Klapplinse die n.A. des Kondensors deutlich. Das liegt daran, dass mit Hilfslinse die Brechkraft innerhalb des Kondensors etwas Richtung Lichtquelle verschoben wird, und in der Folge die Lichtstrahlen in einem kleineren Winkel (geringere n.A.) auf der Objektseite austreten.
Andere Kondensoren sind natürlich anders gerechnet und zeigen diese Eigenschaft nicht.
Hubert
Zitat von: MikroTux in Dezember 18, 2015, 16:34:42 NACHMITTAGS
Hallo,
Ich kenne die Zeiss Mikroskope zwar nicht, bei der Diskussion fällt mir auf, daß "ausgeleuchtete Hinterlinse" gleichgesetzt wird, mit "ausgeleuchteter Apperturebene". Ich bin mir da nicht sicher, ob man das so sehen kann. Beim durchschauen durch ein Objektiv begrenzt zwar die als Apertur wirksame Blende den Blick. Man sieht diese Ebene allerdings nicht 1:1, sondern man sieht beim Durchschauen ein Bild des Aperturdurchmessers, das vom jeweiligen Teilsystem der Linsen vor oder nach der Aperturebene abgebildet wird, je nachdem von welcher Seite man schaut. Bei Retrofokus oder Teleoptiken kann man schön sehen, daß der selbe Durchmesser von vorne oder hinten durch das Objektiv gesehen größer oder kleiner erscheint. Beim axparallelen Durchschauen scheinen Front und Hinterlinsen oftmals größer als notwendig zu sein, was allerdings zum geringhalten von Vingnettierungen erforderlich ist.
Ja das ist richtig. Alle (!) Mikroskopobjektive sind übrigens Retrofokus-Konstruktionen.
KH
Hallo,
ZitatEin vielfach kaum dokumentiertes "Feature" ist der Umstand, dass Kondensoren, die eine hohe Auflösung ergeben sollen, auch immergiert werden müssen. Dies ist traditionell nicht einmal in den Anleitungen von Zeiss erwähnt oder erklärt.
das ist jetzt ziemlich theoretisch. Nur die Hälfte der Auflösung kommt von der Beleuchtungsapertur, wichtig ist nur das Immergieren des Objektives. Wenn z.B. bei NA 1.25 der Kondensor nicht immergiert wird, hat man nur etwa 10% weniger Auflösung als theoretisch möglich. Und nachdem der Praktiker meist sowieso für höheren Kontrast und Schärfe die Aperturblende etwas zuzieht (2/3 entspricht der möglichen Trockenapertur des Kondensors), ist dann gar kein Unterschied zu erkennen.
ZitatKürzlich war ich entsprechend überrascht, dass mir ein Mikroskopiefreund mitteilte, dass Olympus Objektive herstellt, die wesentlich höhere Aperturen von mehr als 1.5 ergäben, was noch höhere Brechungsindizes der Immersionsöle erfordert, um solche hohe Auflösung mit Objektiven zu erzeugen, was der Theorie nach sowieso nur mit Köhlern möglich wäre.
Was hat das mit "Köhlern" zu tun? Mein Eindruck ist, dass "Köhlern" oft als Universalschlagwort für alles herhalten muss. Es wird regelmäßig übersehen, dass die Leistung Köhlers hauptsächlich in der räumlich getrennten Anordnung der Lichtquelle und Ankopplung mittels Kollektoroptik an den Kondensor bestand, die dann auch die Leuchtfeldblende erst richtig ermöglichte und höhere Lichtstärke für die beginnende Fotografie erreichte (kann man leicht in seiner Veröffentlichung nachlesen), dass aber die Aperturblende und dessen Möglichkeiten zu dieser Zeit schon lange bekannt war. Das damalige Problem waren die heißen und unregelmäßig brennenden Lichtquellen. Eine heutige Nelson-Beleuchtung mit mattierter LED-Lampe leistet gleiches, man kann ohne Kollektor alle notwendigen Einstellungen durch Leuchtfeldblende und Aperturblende vornehmen, alles ohne zweistufigen Köhler-Beleuchtungstrahlengang. ;)
Hubert