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Foren => Mikroskopie-Forum => Thema gestartet von: Diana1982 in April 05, 2022, 11:23:03 VORMITTAG

Titel: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Diana1982 in April 05, 2022, 11:23:03 VORMITTAG
Hallo Zusammen,

Hat jemand eine möglichst vereinfachte Formel für mich, anhand der ich die ungefähre objektseitige Schärfentiefe von Mikroskop-Objektiven berechnen kann?

Die wichtigsten Objektivdaten wie Apertur und Brennweite liegen mir vor. Weitere "Grund-Daten" der Gesamtoptik lassen sich sicher ausfindig machen.
Es geht um Auflichtobjektive, es werden Objekte ohne Deckglas oder Immersion betrachtet.

Beispiel: Apertur 0.25, Brennweite 16mm

Danke & viele Grüße
Diana
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Florian D. in April 05, 2022, 12:06:44 NACHMITTAGS
Hallo Diana,

Max Berek hat da in seinen Büchern eine Formel. Leider habe ich diese Woche keinen Zugriff.
Aber hier habe ich einen Link gefunden:
https://forum.watchtime.ch/viewtopic.php?p=868166&sid=95187b72c55d461ecead8021eb40faa8#p868166

Viele Grüsse
Florian
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: ortholux in April 05, 2022, 12:09:56 NACHMITTAGS
Timm hat das schon mal ausgerechnet:

https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=5097.msg34582#msg34582

Wolfgang
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Diana1982 in April 05, 2022, 12:24:57 NACHMITTAGS
Dankeschön!
Nach der ersten Formel aus Florian Ds Link

Zitat
TVIS = n [lambda/(2·NA2) + 340 μm/(NA·MTOT VIS)]

dabei ist :
TVIS: visuell empfundene Schärfentiefe
N: Brechungsindex des Mediums, hier Luft = 1.
Lambda: Wellenlänge des benutzten Lichts, bei Weißlicht ist lambda = 0.55 μm
NA: objektseitige numerische Apertur
MTOT VIS: visuelle Gesamtvergrößerung des Mikroskops


komme ich mit den Daten

Apertur=0,25
Gesamtvergrößerung des optischen Systems=137,5
sowie der Annahme Lambda=0,55μm

auf eine ungefähre Schärfentiefe von 13,2μm

...wenn ich mich nicht grob beim Ausrechnen vertan habe.

Leider zu wenig für den Anwendungszweck und ich muss versuchen, die Apertur durch Abblenden herunterzudrücken.
Benötigt wird leider eine große Schärfentiefe zwischen 20 und 40mü bei am besten 200-facher Gesamtvergrößerung oder leicht darunter.

So...jetzt schau ich mir noch das von Timm an. Vielleicht ähneln sich ja die Ergebnisse  ;)

LG Diana
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Diana1982 in April 05, 2022, 12:32:45 NACHMITTAGS
Also, wenn ich mir Timms Diagramm nach links erweitert vorstelle (für die Apertur 0,25) komme ich in meiner Vorstellung auf niedrigere Werte.
Vielleicht druck ichs mir mal aus und male noch eine Gerade für meine Daten ein  ;)

EDIT: Geschrieben, getan. Durch Einzeichnen einer Linie mit meinen Daten, komme ich auf einen Wert um die 11μm. Natürlich konnte ich das auf die Schnelle nicht so exakt machen, aber die Größenordnung scheint in Timms Diagramm bestätigt.
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Florian D. in April 05, 2022, 12:57:21 NACHMITTAGS
Wichtig ist ausserdem, ob mit dem Auge beobachtet wird oder mit der Kamera.
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Diana1982 in April 05, 2022, 12:58:59 NACHMITTAGS
Also, es scheint weitgehend stimmig zu sein.
Bei einem Alternativobjektiv mit Vergrößerung 22x und Apertur 0,40, sowie der Gesamtvergrößerung 275-fach spuckt die Formel eine Schärfentiefe von 4,8μm aus, was dem Wert aus Timms Diagramm, der bei dem Beispiel besser ablesbar ist, sehr ähnelt.

LG Diana
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Diana1982 in April 05, 2022, 12:59:46 NACHMITTAGS
Zitat von: Florian D. in April 05, 2022, 12:57:21 NACHMITTAGS
Wichtig ist ausserdem, ob mit dem Auge beobachtet wird oder mit der Kamera.

Hallo Florian,

Alles rein mit den Augen.

LG Diana
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: momotaro in April 05, 2022, 13:21:08 NACHMITTAGS
Depth of field and depth of focus.

LG Helmut
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Lupus in April 05, 2022, 13:26:42 NACHMITTAGS
Hallo,

das Problem ist, dass die Autoren verschiedene Ansätze für das Auflösungsvermögen des Auges machen. Die zitierte Formel setzt sich zusammen aus dem ersten Teil (λ/2*NA2), der die Beugungsunschärfe bestimmt, und dem zweiten Teil (340 μm/(NA·MTOT VIS), der die geometrisch bedingte Unschärfe berechnet. Die 340 μm repräsentieren eher eine geringere (oder bequem beobachtbare) Augenauflösung - aber das ist ja bekanntlich auch individuell unterschiedlich.

Hubert
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Diana1982 in April 05, 2022, 13:38:40 NACHMITTAGS
Hallo Hubert,

Welche Lichtwellenlänge ich im ersten Teil ansetzen kann, ist auch unklar.
Aktuell wird an dem betreffenden Mikroskop mit 15 oder 20W Glühbirnen("funzel")licht gearbeitet. Es soll aber wohl auf LED umgebaut werden.
LED bedeutet demnach vermutlich noch weniger Schärfentiefe, auch wenn es vielleicht nur 1μm ausmacht.

Ich denke, man muss das hier austesten. Der Anwender muss seine zu begutachtenden Gerätschaften in der Schärfentiefe sehen können, die er eben braucht.
Theoretische Daten sind dann nur der Ansatz, die richtige Richtung einzuschlagen.

Ebenfalls vorstellbar wäre noch mit einer eher kleinen Objektivvergrößerung zu arbeiten (4x oder 6,5x wären möglich und sind anwenderseitig bereits vorhanden) und möglichst stark nachvergrößernde Okulare dazu aufzutreiben. Ob ihm dann die Auflösung und die Gesamtvergrößerung noch taugt, muss man sehen. Aber das gleiche gilt ja auch beim Abblenden des 11-fach oder 22-fach Objektives, das es zu beschaffen gelten würde. Beide müssten abgeblendet werden und die Einhänge-Blende dazu erstmal gefunden (es geht um Leitz Ultropak-Zubehör).

LG Diana
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Michael L. in April 05, 2022, 13:53:49 NACHMITTAGS
Hallo Diana,

vermutlich gibt es mit einer mehr oder weniger monochromatischen LED im Bereich der maximalen Empfindlichkeit des Auges also Grün (550nm) den besten Wert.

Gruß,

Michael
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: momotaro in April 05, 2022, 14:01:05 NACHMITTAGS
Tabellen Depth of field and depth of focus.

LG Helmut
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Lupus in April 05, 2022, 14:03:54 NACHMITTAGS
Hallo Diana,

dass man das in der Praxis etwas austesten muss, liegt eben daran dass die (visuelle) Schärfentiefe nicht exakt definierbar ist. Die Lichtwellenlänge liegt wegen der spektralen Augenempfindlichkeitskurve etwa bei den dafür rechnerisch meist verwendeten 550 nm (Mittelwert). Theoretisch gibt es da eine Verschiebung, wenn ich von eher rötlicher zu blauerer Beleuchtung umschwenke. Aber: Die Auflösung des Auges bei blauem Licht ist miserabel, d.h. den blauen LED-Anteil kann man für die Fragestellung ignorieren.
ZitatEbenfalls vorstellbar wäre noch mit einer eher kleinen Objektivvergrößerung zu arbeiten (4x oder 6,5x wären möglich und sind anwenderseitig bereits vorhanden) und möglichst stark nachvergrößernde Okulare dazu aufzutreiben.
Du musst Dir nur die beiden einzelnen Summanden der Formel ansehen, solange der zweite, geometrische Anteil dominiert lässt sich die Schärfentiefe durch die Gesamtvergrößerung im Verhältnis zur NA verbessern. Die Grenze - und damit auch die Auflösungsgrenze - ist immer dann erreicht, wenn die sog. "förderliche Vergrößerung" verwendet wird. Und bei Objektiven geringer Vergrößerung hat man da bekanntlich ziemlich Luft nach oben.

Hubert
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: FabianVoigt in April 05, 2022, 15:09:59 NACHMITTAGS
Bei Stereomikroskopen gibt es ja häufig Adaptertuben, die Blenden zur manuellen Regulierung der visuellen Schärfentiefe enthalten. Gibt/gab es von irgendeinem Hersteller eigentlich einst ähnliche Tuben für normale Durchlichtmikroskope für Objektive mit eher niedriger NA? Für hohe NA hat es ja Objektive mit Blenden (meist eigentlich für Dunkelfeld). Gerade für Makrophotoanwendungen ist das ja nicht gerade unpraktisch.

Danke,

Fabian
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: momotaro in April 05, 2022, 17:12:39 NACHMITTAGS
Hallo Fabian,

In erster Näherung ist die Schärfentiefe umgekehrt proportional zum Quadrat der numerischen Apertur. Dieser Zusammenhang ist im Diagram in Box 7.5 dargestellt. Wird beim Mikroskop die Aperturblende des Kondensors zugezogen nimmt die Tiefenschärfe - und auch der Kontrast - zu, die Auflösung verringert sich jedoch.

LG Helmut
Titel: Re: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: FabianVoigt in April 05, 2022, 20:49:46 NACHMITTAGS
Danke,

ich habe mittlerweile herausgefunden, dass eigentlich alle professionellen Makroskope (Olympus MVX-10, Nikon AZ100, Leica Z16, Zeiss AxioZoom V16) eine solche einstellbare Blende haben. Alles Geräte, bei denen ich hoffe, dass mir mal eines gebraucht über den Weg läuft... Insbesondere das MVX-10 hat die interessante Funktion, dass man mit einem Schieber zwischen Stereobeobachtung und monokularer Makroskopie hin- und herschalten kann.

Viele Grüsse,

Fabian
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: purkinje in September 18, 2025, 11:23:52 VORMITTAG
Hallo an alle Tiefenschürfenden  ;)
Da es schön hierher passt ein Hinweis auf
eine weitere Formel:
Depth of focus for digital microscopy, Rolf Wartmann, Carl Zeiss Microscopy GmbH, Göttingen (https://www.dgao-proceedings.de/download/114/114_b26.pdf) und oh Wunder, besonders bei kleineren Vergrößerungen ist die digitale Schärfentiefe doch kleiner ...
Beste Grüße Stefan
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Stuessi in September 18, 2025, 18:58:51 NACHMITTAGS
Hallo,

ich habe in die Kurvenschar von Box 7.5 die Schärfetiefenwerte eingetragen,
die sich die Zeiss Entwickler für das Stereo Discovery V.12 ausgedacht haben.

Schärfentiefe-V12.jpg

Viele Grüße,
Rolf
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: jcs in September 18, 2025, 19:47:06 NACHMITTAGS
Zitat von: purkinje in September 18, 2025, 11:23:52 VORMITTAGHallo an alle Tiefenschürfenden  ;)
Da es schön hierher passt ein Hinweis auf
eine weitere Formel:
Depth of focus for digital microscopy, Rolf Wartmann, Carl Zeiss Microscopy GmbH, Göttingen (https://www.dgao-proceedings.de/download/114/114_b26.pdf) und oh Wunder, besonders bei kleineren Vergrößerungen ist die digitale Schärfentiefe doch kleiner ...
Beste Grüße Stefan
Interessanter Link, danke für's posten! Allerdings finde ich den Unterschied zur klassischen Formel (Schärfentiefe = Fa*n*lambda/NA^2) ncht sonderlich dramatisch, da die Definition von Schärfe immer etwas willkürlich ist. Für den Faktor Fa findet man in der Literatur Werte von 0,5 (z.B. Sanderson) bis 2 (z.B. Kubitschek). Der Wert im Artikel liegt bei 1,28, also in der Mitte.

Von den Begriffen her unterscheidet man im Englischen "depth of field" und "depth of focus". Ich denke, dass die letzte Formel im Artikel eigentlich "depth of field" bezeichnet, und nicht "depth of focus", oder? "depth of field" bezieht sich auf den Objektraum, "depth of focus" auf den Bildraum.

LG
Jürgen
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: purkinje in September 18, 2025, 20:24:24 NACHMITTAGS
Hallo Jürgen,
ja depth of focus wäre die Abbildungstiefe (Bildraum), depth of field nennt er dort dann wohl depth of focus into the object space.
Interesant auch "With respect to the Nyquist frequency the pixel size of image sensor should be small enough to resolve limit spatial frequency of optical system. Of course such a sensor would resolve the middle of spatial frequency spectrum too. Because of this and the circumstance that in the case of defocus MTF breaks down at the middle of the spectrum, the formula for depth of focus is independent from pixel size."
Beste Grüße Stefan

Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: ChristianS in September 26, 2025, 19:20:39 NACHMITTAGS
Ich verstehe bei den Kurvenscharen folgende Sache nicht:

Warum wird die Abhängigkeit von der totalen Vergrößerung angegeben, wenn doch in der Formel nur die Apertur und die Wellenlänge auftaucht?

Ich bin reichlich verwirrt.
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Lupus in September 27, 2025, 00:21:05 VORMITTAG
Hallo,

ZitatWarum wird die Abhängigkeit von der totalen Vergrößerung angegeben, wenn doch in der Formel nur die Apertur und die Wellenlänge auftaucht?
die Formel für die Abbildungstiefe enthält zwei Anteile, einen für die rein geometrisch bedingte Abbildungstiefe, und einen für die beugungsbedingte Abbildungstiefe. Der geometrische Anteil enthält die Vergrößerung, daher ist die gesamte Abbildungstiefe auch von der Vergrößerung abhängig, allerdings nicht so stark wie von der NA. Dessen Anteil (und damit die Steigung der Kurven in der Grafik) hängt von den gemachten Annahmen wie z.B. die Auflösung des Auges im Fall visueller Beobachtungen ab.

Hubert
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: ChristianS in September 27, 2025, 09:13:28 VORMITTAG
Ja danke, es kommt also darauf an ob ich mit der Kamera oder mit dem Auge beobachte. Diese Info habe ich überlesen.

Christian
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Nochnmikroskop in September 27, 2025, 10:53:08 VORMITTAG
Guten Morgen zusammen,

ist dann die Aussage "grundsätzlich" richtig, dass bei gleicher NA eine größere Schärfentiefe erreicht wird, wenn eine kleinere Vergrößerung gewählt wird.
Beispiel: 5x Objektiv mit NA 0,5 und 50x mit NA 0,5. 
Das 5x Objektiv dürfte eine größere Schärfentiefe aufweisen --> also auch größere Stackschritte ermöglichen = weniger Bilder erforderlich? 
Ist das so richtig verstanden? 

LG Frank
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: ChristianS in September 27, 2025, 14:33:32 NACHMITTAGS
Sehr gute Frage, genau das interessiert mich nämlich auch. Ich glaube das ist nämlich in der Tat so.
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Lupus in September 27, 2025, 16:07:11 NACHMITTAGS
Hallo Frank,

was verstehst Du unter dem sogar fett gedruckten "grundsätzlich", ist das umgangssprachlich oder juristisch gemeint?   ;)

Hubert
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: jcs in September 27, 2025, 21:00:15 NACHMITTAGS
Zitat von: Nochnmikroskop in September 27, 2025, 10:53:08 VORMITTAGDas 5x Objektiv dürfte eine größere Schärfentiefe aufweisen --> also auch größere Stackschritte ermöglichen = weniger Bilder erforderlich?
Ist das so richtig verstanden?

LG Frank
Hallo Frank,

das ist so. Hier ist eine kleine Tabelle, aus der das ersichtlich wird.

schaerfentiefe.jpg

Die Schärfentiefe wurde in dieser Tabelle nach der Formel von Wartmann berechnet, siehe obiges Posting von Stefan. D.h. bei Aufnahmen mit einem 5x-Objektiv reichen in etwa 30µm Schrittweite, bei höher vergrößernden Objektiven muss man kleinere Schrittweiten nehmen.

Wenn man auf Nummer sicher gehen will, kann man die Schrittweiten aus der Tabelle  noch halbieren, aber alles darunter produziert nur riesige Datenmengen, die keinen zusätzlichen Informationsgehalt haben.

LG
Jürgen
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Jürgen Boschert in September 27, 2025, 21:59:17 NACHMITTAGS
Hallo Jürgen,

wenn ich das richtig aus den Gleichungen verstanden habe, ist die Auswirkung der NA auf die Schärfentiefe dtl. stärker als die der Vergrößerung; d.h., bei gleicher Apertur dürfte der Effekt weniger ausgeprägt sein, als aus der Tabelle ersichtlich.
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: jcs in September 27, 2025, 22:43:49 NACHMITTAGS
Zitat von: Jürgen Boschert in September 27, 2025, 21:59:17 NACHMITTAGSwenn ich das richtig aus den Gleichungen verstanden habe, ist die Auswirkung der NA auf die Schärfentiefe dtl. stärker als die der Vergrößerung; d.h., bei gleicher Apertur dürfte der Effekt weniger ausgeprägt sein, als aus der Tabelle ersichtlich.
Hallo Jürgen,

ich interpretiere die Aussagen von Wartmann so: Die üblicherweise verwendete Berek-Formel berücksichtigt das begrenzte Auflösungsvermögen des menschlichen Auges. Bei einer Bildaufnahme mit einer Digitalkameras sind die Verhältnisse etwas anders, sobald man (wie Wartmann annimmt) eine ausreichend große Zahl an Pixeln am Sensor hat. Die Digitalkamera kann bei ausreichender Pixelauflösung Informationen aufnehmen, die das menschliche Auge nicht mehr schafft.

Untenstehend ist noch eine erweiterte Tabelle, aus der man das deutlicher erkennt. Bei niedrigen Vergrößerungen und hohen NA benötigt man viele Pixel, um die gesamte Bildinformation aufzuzeichnen (z.B. 7MPx beim 5x Fluotar). Da kann das Auge nicht mehr mithalten. Deshalb ist die Schärfentiefe bei Betrachtung mit dem Auge größer (z.B. 70µm bei 50-facher Gesamtvergrößerung, d.h 5x-Objektiv mit 0,15NA und 10x-Okular). Bei der Kamera kann ich die Pixelzahl so erhöhen, dass die gesamte Bildinformation vom Sensor erfasst wird. Dadurch sinkt auch die Schärfentiefe auf 31µm in meiner Tabelle basierend auf der Wartmann-Formel.

schaerfentiefe_v2.jpg

Bei höher vergrößernden Objektiven sinkt der "Pixelbedarf", da das Bild unschärfer wird (man kennt das von den relativ verschwommenen Bildern im Okular bei 100x-Objektiven). Jetzt kann das Auge mit den digitalen Sensoren mithalten, d.h. die Schärfentiefe nach der Wartmann-Formel und die Werte in dem Diagramm von Rolf aus dem obigen Post nähern sich an. Im Diagramm hat man bei hoher Vergrößerung (100x Objektiv mit NA=1,4 und 10x-Okular) 0,5µm Schärfentiefe, was sich exakt mit dem Wert aus meiner Tabelle deckt.

LG
Jürgen
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Jürgen Boschert in September 27, 2025, 23:18:36 NACHMITTAGS
Hallo Jürgen,

danke für die Aufstellung, das hilft.

Mir ist jetzt erst aufgefallen: In der Tabelle finden sich ja zwei Objektive mit gleicher Vergrößerung, aber unterschiedlicher Apertur das Apo !0x/0,4 und das Fluotar 10x/0,3. Den Unterschied in der Schärfentiefe bei nur 0,1 Unterschied in der NA finde ich schon beeindruckend.
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Lupus in September 28, 2025, 08:46:58 VORMITTAG
Hallo,

Zitat...dass bei gleicher NA eine größere Schärfentiefe erreicht wird, wenn eine kleinere Vergrößerung gewählt wird.
ZitatHallo Frank,
das ist so. Hier ist eine kleine Tabelle, aus der das ersichtlich wird.
Die Tabelle zeigt aber nicht gleiche NA mit unterschiedlicher Vergrößerung, insofern ist es nicht allgemeingültig sondern nur im Einzelfall so. D.h. die erreichte Abbildungstiefe ist auch von der Pixeldichte der Kamera - bezogen auf den Durchmesser des Beugungsscheibchens - abhängig. Und die angenommene hohe Pixeldichte ist bei extremen Objektiven (sehr geringe Vergrößerung mit hoher NA) nicht automatisch gewährleistet.
ZitatDie Digitalkamera kann bei ausreichender Pixelauflösung Informationen aufnehmen, die das menschliche Auge nicht mehr schafft.
Das gilt auch umgekehrt, wenn die Mikroskopvergrößerung an die NA des Objektiv angepasst ist, erreicht das Auge die maximal mögliche Auflösung. Jeder kennt sicher die dazu gehörige Faustformel für die förderliche Vergrößerung 500*NA...1000*NA. Letzteres geht Richtung leere Vergrößerung, d.h. mehr kann auch mit hoher Pixelauflösung der Kamera nicht aus dem Bild heraus geholt werden. Der geometrische Anteil für die Abbildungstiefe gilt auch für Kameras insofern ist die Formel von Wartmann etwas vereinfacht, allerdings kann bei hoher Vergrößerung/hoher Kamerapixeldichte dieser Anteil im Vergleich zum beugungsedingten Anteil zunehmend vernachlässigt werden.

Hubert
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Nochnmikroskop in September 28, 2025, 10:13:21 VORMITTAG
Hallo zusammen!

Lieber Hubert,
deine Frage beantworte ich mal mit dem
Duden 2.a) einem Grundsatz (a) (https://www.duden.de/rechtschreibung/Grundsatz#Bedeutung-a) folgend, entsprechend; aus Prinzip, ohne Ausnahme

Hallo Jürgen (jcs),

danke für die Tabellen. Schön wäre, wenn noch die Werte der Schärfentiefe bei gleicher NA 0,5 bei 5x und 50x, und/oder auch 20x angegeben würden. Ich bin da sowohl mathematisch, als auch Excel technisch raus. Oder Du stellst die Tabelle (Endung in PDF ändern sollte klappen) zur Verfügung??

Die Abhängigkeiten vom Sensor sind sicher nicht trivial, aber die grundsätzliche Abhängigkeit von der Vergrößerung ist doch das entscheidende, oder?
Wenn ich grundsätzlich, ohne Ausnahme, immer  ;D  weniger Stackschritte benötige wenn ich geringere Vergrößerungen bei gleicher NA verwende, wäre dass doch das Ziel, zumindest für mich. Dann braucht man weniger oft stitchen und hat mehr Bildinhalt gleichzeitig verarbeitet.

Ins Grübeln komme ich allerdings bei den vielen höchst aufgelösten Bildern hier im Forum bei den Diatomeen. Warum wird nicht lieber mit einer geringeren Vergrößerung (z.B. 40x) und NA1,4 aufgenommen, statt mit 100x. Ist nicht auch dort (beim 40x) grundsätzlich der Bereich in Bildmitte etwas besser, als in den Außenbereichen?
Sind die z.B. 40x Objektive grundsätzlich, immer, ohne Ausnahme  ;D  schlechter, als 100x gleicher NA? Ist vielleicht sogar die geringere Schärfentiefe hier besser geeignet beim Stacken? Wenn dem so ist – wie wird das gemessen?

Eine Anmerkung noch zu den verwendeten Sensoren, es gibt ja noch Pixelshift.

Fragende Grüße vom Frank
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: purkinje in September 28, 2025, 10:29:14 VORMITTAG
Hallo Frank,
Zitat von: Nochnmikroskop in September 28, 2025, 10:13:21 VORMITTAGWarum wird nicht lieber mit einer geringeren Vergrößerung (z.B. 40x) und NA1,4 aufgenommen, statt mit 100x.
Das könnte an der Seltenheit dieser Objektive und auch an ihrem Preis liegen. Ich habe jahrelang gesucht um ein bezahlbares und intaktes Leitz PlApo 40 Oel /1,0 zu finden und auch Pl Apos 63/1,4 fallen nicht gerade vom Himmel. Am idealsten wären Objektive wie das Zeiss PlApo 40/1,0 mit Irisblende, leider sind diese aus der Endlichzeit mittlerweile fast alle delaminiert.
Beste Grüße Stefan
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Lupus in September 28, 2025, 11:54:50 VORMITTAG
Hallo Frank,

meine Frage nach dem Begriff "grundsätzlich" war schon ernst gemeint. Jedenfalls ist es nicht "ohne Ausnahme" so dass bei gleicher NA eine größere Schärfentiefe erreicht wird, wenn eine kleinere Vergrößerung gewählt wird. Die Formel von Wartmann 1.228*n*λ/NA2, nach der die Tabelle von Jürgen errechnet wurde, enthält ja gerade nicht die Vergrößerung. Nach der Formel kannst Du mit einem Taschenrechner leicht selbst jede Objektivkombination berechnen, bei der Wellenlänge wird meist Grün bei 0.55 µm angenommen. n der Brechungsindex des eventuellen Immersionsmediums.

Der Hintergrund dieser verkürzten Formel ist, dass durch die Lichtbeugung nicht nur ein zweidimensionales Beugungsscheibchen entsteht, sondern ein dreidimensionales Beugungsbild auch in z-Richtung. Diese Tiefe des räumlichen Beugungsbildes ist unabhängig von der Vergrößerung, wie ja auch das Beugungsscheibchen unabhängig davon ist, und nur von der NA abhängt. Diese Tiefenausdehnung bewirkt die Vergrößerung der Schärfentiefe.

Nur der z.B. in der ursprünglichen Formel von Berek enthaltene zusätzliche rein geometrische Anteil 350/(NA*Vges) für visuelle Beobachtung erzeugt die Abhängigkeit von der Gesamtvergrößerung des Mikroskops. Die Idee hier ist dass der rein geometrische Strahlenkegel, mit dem das Objektiv das Licht vom Objekt sammelt, ein Unschärfescheibchen für den Objektpunkt außerhalb des Fokus in der Bildebene erzeugt. Und wenn man dieses Scheibchen mit der Mikroskopvergrößerung beobachtet, reicht die Tiefenschärfe bis zu dem Abstand von der Fokusebene, bei dem das immer größer werdende Scheibchen vom Auge gerade noch nicht auflösbar ist. Das gilt im Prinzip aber auch für den Kamerasensor. Da in der Praxis meist mehr Kamerapixel für die gleiche Bildgröße zur Verfügung stehen als beim Auge Zapfen und dadurch in der Praxis ein nur sehr geringer geometrischer Anteil zur Schärfentiefe beiträgt (denn der ist dann sehr klein), wird dieser vergrößerungsabhängige Formelteil meist vernachlässigt.

Hubert
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Stuessi in September 29, 2025, 19:30:54 NACHMITTAGS
Hallo,

mit einem Zeiss Discovery V.12 und Planapo 1,5x habe ich bei höchster Vergrößerung (150x mit 10x Okular) ein unter 45° geneigtes Objektmikrometer mit einer NEX-5N fotografiert.
Auf dem Foto abgelesene 10µm entsprechen dann 7µm Höhendifferenz.
Angezeigt auf dem ZEISS Human Interface Panel HIP wird für diese Einstellung eine Schärfetiefe von 11 µm und eine Auflösung von 0,8 µm (625 Lp/mm).

150x-Bl-Einstellung-0.jpg.

11µ Höhenunterschied entsprechen 16µm (anderthalb Skalenteile) auf der fotografierten Skale. Die Angabe von Zeiss ist also ziemlich realistisch.

Blende ich ab, so nimmt die Schärfentiefe zu und die Auflösung nimmt ab.

150x-Bl-Einstellung-1.jpg

150x-Bl-Einstellung-2.jpg

150x-Bl-Einstellung-3.jpg

Zum Stacken reichen ca. 10 µm Höhenunterschied zwischen den einzelnen Aufnahmen:

z-dh10µm.jpg

Besser wird es mit 14 Bilder mit 5µm Höhenunterschied:

z-dh5µm.jpg


Viele Grüße,
Rolf




 
Titel: Aw: Berechnung der Schärfentiefe von Mikroskopobjektiven
Beitrag von: Nochnmikroskop in September 29, 2025, 20:36:47 NACHMITTAGS
Zitat von: Lupus in September 28, 2025, 11:54:50 VORMITTAGNur der z.B. in der ursprünglichen Formel von Berek enthaltene zusätzliche rein geometrische Anteil 350/(NA*Vges) für visuelle Beobachtung erzeugt die Abhängigkeit von der Gesamtvergrößerung des Mikroskops.  
Hubert
Hallo Hubert,
danke für die Klarstellung.

LG Frank