Mikro-Forum

Hallo,

der Begriff "kritische Beleuchtung" wird heute leider meist fälschlich nicht mehr im ursprünglichen Sinn verwendet. Oft beschreibt man sie kurz als Beleuchtung, bei der im Gegensatz zur Köhler-Beleuchtung die Lichtquelle auf das Objekt abgebildet wird. Das ist aber nicht der Kern der Bedeutung.

Zur Erklärung muss man etwas in die Geschichte der Beleuchtung zurück gehen. Am Anfang der Mikroskopie war das Problem bei künstlicher Beleuchtung, dass die verfügbaren Lichtquellen sehr schwach waren (Kerzen, Öllampen), und gleichzeitig die numerische Apertur der Objektive gering und damit auch deren Lichtstärke. Die effektive NA war bis Ende des 18.Jh. auch bei den am stärksten vergrößernden Objektiven etwa auf einen Wert von 0.1 beschränkt. Man bildete daher mit Linsen (oder auch flüssigkeitsgefüllten Glaskugeln) die Flamme auf das Objekt ab was maximale Helligkeit ergab.

Beleuchtung Anfang 19. Jh.

Durch den sprunghaften Anstieg der NA und der Auflösung der Objektive in der 1. Hälfte des 19.Jh. entstand die praktische Erkenntnis, dass die Auflösung etwas mit der NA zu tun hat, und dass der Beleuchtungswinkel an die NA des Objektives angepasst werden sollte. Darauf verwies z.B. bereits Lister 1830 in einer Schrift zur Verbesserung der Objektive (er beschrieb den sog. aplanatischen Objektpunkt bei Linsenkombinationen). Er deutete auch an dass durch Abblenden der zentralen Strahlen feine Strukturen besser erkennbar seien, beschrieb also bereits eine Art ringförmige Beleuchtung. Der Kondensor bestand meist unverändert aus einer vor dem Mikroskop aufgestellten Linse.

Beleuchtung Mitte 19. Jh.

Nachdem zu dieser Zeit die NA der Objektive bereits den theoretisch maximal möglichen Wert für Trockenobjektive erreichte, musste der Beleuchtungskondensor nahe unter dem Objekttisch montiert werden um die dabei notwendige hohe NA der Beleuchtung erreichen zu können. In dieser Zeit wurden (insbesondere im viktorianischen Großbritannien) bereits sehr ausgefeilte, auch achromatische Kondensoren verwendet mit einer Vielzahl an wechselbaren Aperturblendenformen.

In der Beschreibung damaliger Lehrbücher heißt es z.B. sinngemäß: "Der Hauptgesichtspunkt bezüglich der Beleuchtung ist die Neigung der Beleuchtungsstrahlen, besonders bei transparenten Objekten. Allgemein sollen die Beleuchtungsstrahlen das Objektiv ganz ausleuchten, aber nicht darüber hinaus." Es gab auch bereits Anleitungen das Okular zu entfernen, um mit Hilfe der Objektivausleuchtung die Blendeneinstellung zu prüfen.

Das Beleuchtungsschema sah typischerweise wie in der Grafik oben in Bild 1 aus. Es gab bereits vereinzelt Leuchtfeldblenden vor der Lampe oder unter dem Objekttisch (in Klammer und gestrichelt angedeutet). Die Lampenflamme ist als Kondensorbild in der Objektebene dargestellt.

Schema kritische Beleuchtung Köhlerbeleuchtung 3.jpg

Bild 1

Kritische Beleuchtung

Aufgrund der gegen Ende des 19.Jh. langjährigen praktischen Erfahrungen einerseits und der Abbeschen Beugungstheorie seit 1873 andererseits beschäftigten sich insbesondere britische Mikroskopiker sehr intensiv mit den Kriterien zum Erreichen eines optimalen Mikroskopbildes. Dabei half auch der rege Austausch, den die britische Royal Society ermöglichte, es fanden geradezu Wettbewerbe über die Auflösung von Schmetterlingsschuppen und Diatomeen statt. Auch Abbe war dort Ehrenmitglied und hatte Briefverkehr mit der Gesellschaft. In zeitgenössischen Lehrbüchern (Hogg, Carpenter, Dallinger u.a.) wurden diese Kriterien beschrieben.

Edward Nelson, ein englischer Mikroskopiker, begründete dabei den Begriff "critical Illumination" etwa Ende der 1880er Jahre. Es ging dabei um eine maximal objektgetreue Abbildung bester Auflösung. Der Kern des Begriffes bestand darin, dass
1. die Beleuchtung bezüglich der optischen Achse des Mikroskops sorgfältig zentriert werden sollte, und dass
2. die numerische Beleuchtungsapertur gleich der des Objektives sein sollte, oder je nach Objekt und Objektivqualität auf bis zu 3/4 der des Objektives abgeblendet werden durfte.
Also das was heute immer noch als Einstellkriterium angesehen wird.

Da gleichzeitig unverändert wie seit Beginn der Mikroskopie die Flamme der Lichtquelle durch den Kondensor auf das Objekt abgebildet wurde, ist dies natürlich auch Gegenstand der Beleuchtungsmethode, aber es definiert nicht die "kritische Beleuchtung". Im der englischen Sprache gibt es für die Lichtquellenabbildung den spezifischen Begriff der "source-focused Illumination".

In der späteren Zeit der 2. Hälfte des 19. Jh. wurden die Petroleumlampen meist mit Kollektorlinsen ausgestattet um den hochaperturigen Kondensor auch über einen größeren Abstand zum Mikroskop effektiv ausleuchten zu können, und um die Zentrierung des Beleuchtungsstrahlenganges zur "kritischen Beleuchtung" zu erleichtern. Daher ist in Bild 1 in der mittleren Grafik zusätzlich diese übliche Kollektorlinse eingezeichnet (das Grundprinzip entspricht aber dem der oberen Grafik). Eine typische Abbildung einer solchen Beleuchtung zeigt Bild 2.

5 Typ. Mikroskopbeleuchtung 2.H. 19.Jh.jpg

Bild 2

Köhler-Beleuchtung

Diese Beleuchtung dürfte ausreichend bekannt sein, daher nur ein kurze Erläuterung. Schematisch ist sie im Vergleich zur "kritischen Beleuchtung" in Bild 1 in der unteren Grafik dargestellt. Das "Überraschende" besteht eigentlich darin, dass der Aufbau äußerlich dem der mittleren Grafik gleicht. Lediglich die Anordnung der Kollektorlinse rechts neben der Lampe ist bezüglich Brennweite und Abstand anders gewählt. Das Bild der Flamme befindet sich hier nicht im "Unendlichen" sondern im geringen Abstand, am Ort der Aperturblende. Kleiner Effekt - große Wirkung. Die Ebene der Leuchtfeldblende ist (bei thermischen Lichtquellen) automatisch gleichmäßig ausgeleuchtet, da jeder Ort innerhalb der Blende durch die gleiche Leuchtfläche der Lichtquelle bestrahlt wird.

Die Veröffentlichung von August Köhler erfolgte 1893, das originale Prinzipschema des Beleuchtungsaufbaus mit Ergänzung der Bezeichnungen ist in Bild 3 dargestellt. Köhler war damals am Zoologischen Institut in Gießen und hat sich primär wegen der notwendigen fotografischen Arbeiten am Mikroskop mit dem Thema beschäftigt.

6 Schema Köhler Beleuchtung 1893.jpg

Bild 3

Das Problem war zu dieser Zeit, dass zwar Petroleumlampen für visuelle Beobachtung weitgehend ausreichend waren, bei der damaligen Fotoemulsionstechnik aber Inhomogenitäten der Beleuchtung wegen der relativ steilen Gradation besonders ungünstig waren. Außerdem waren die Fotoplatten noch nicht panchromatisch sensibilisiert und für die mehr langwellig emittierenden Lampen auch relativ unempfindlich. Intensivere damalige Lichtquellen mit höherer Farbtemperatur wie z.B. das Auersche Glühlicht oder Gasentladungslampen und Kohlebogenlampen waren noch inhomogener als Petroleumlicht.

Köhler suchte daher nach einer alternativen Objektausleuchtung: In der Einleitung seiner Veröffentlichung erläutert Köhler den Beleuchtungsaufbau von Bildprojektoren, wo die Lichtquelle zur homogenen Ausleuchtung der Leinwand innerhalb der Austrittspupille der Projektoroptik abgebildet wird. Diese Geräte waren also offensichtlich Vorbild für seine entsprechende Umsetzung am Mikroskop.

Erwähnenswert ist, dass mit der originalen Köhler-Beleuchtung zwar das Objekt homogen ausgeleuchtet wird, aber im Gegensatz zur historischen kritischen Beleuchtung nicht die Aperturblende, was natürlich im ungünstigsten Fall zu ungewollter Bildverfälschung führen kann. Insofern ist auch diese Methode nicht perfekt. Allerdings lässt sich das Problem mit einer leicht unscharfen Abbildung der Lichtquelle in der Aperturblende bzw. einer schwachen Mattscheibe im Strahlengang leichter beheben als eine inhomogene Objektausleuchtung.

Hubert

Summa cum laude -bitte mehr!

Rolf

Danke,lieber Hubert,
so griffig und mit Hintergrund findet man die ,,kritische Beleuchtung" nicht in der Literatur.
Ich schließe mich Rolf an: bitte mehr zu den verschiedensten optischen Themen.

Jürgen aus Hagen

Lieber Hubert,

vielen Dank für diese prägnante Darstellung der Prinzipien und des historischen Hintergrundes der verschiedenen Beleuchtungsarten.

Hallo Hubert,

vielen Dank für diese tolle Darlegung. Ich frage mich immer, wie man bei einem Mikroskop mit Spiegel eigentlich die Lichtquelle zu wählen hat und in welchem Abstand diese zu plazieren ist. Zumindest bei der Köhlerbeleuchtung sollte dieser Abstand ja eigentlich fest sein.

Viele Grüsse
Florian

Hallo Florian,

ZitatZumindest bei der Köhlerbeleuchtung sollte dieser Abstand ja eigentlich fest sein.

die Abstandsverhältnisse bei einem flexiblen Aufbau beim Mikroskop mit Spiegel hängen von mehreren Parametern ab. Fest stehen eigentlich die Kondensorbrennweite, die Aperturblende (maximale NA) und der Objektdurchmesser (minimale Vergrößerung). Dann kommt der Durchmesser der gewählten Lichtquelle und die verfügbare Brennweite der Kollektorlinse als variable Parameter dazu.

Nun muss man zwei Abbildungsbedingungen (Vergrößerungsmaßstäbe) gleichzeitig erfüllen, die Abbildung der Lichtquelle auf die Aperturblende und die der Leuchtfeldblende auf das Objekt. Dazu der feste Abstand dieser beiden verschachtelten Abbildungen zueinander. Das ergibt 5 Gleichungen aus denen man je nach Wahl von Kollektor und Lichtquelle die Abstände und Durchmesser relativ leicht berechnen kann. Geht natürlich auch durch probieren.

Hubert

Hallo Hubert,
habe gestern spät nachts Deinen schönen Beitrag gelesen und dachte mir: So wie heute hier manchmal noch nach einer fehlenden mattierten Kollektorlinse aus den 60er Jahren gefragt wird, wird man evtl in 100 Jahren nach einem 50 Jahre alten LED-Array zur strukturierten Beleuchtung fahnden?! Wohin wird die Reise der Mikroskopischen Beleuchtung gehen?
Beste Grüße Stefan

Lieber Hubert,

das war ein sehr großer Genuss für mich, das von Dir hier zu lesen! Besonders interessant waren die Bemerkungen zum damaligen Filmmaterial und den sich daraus ergebenden Schwierigkeiten für die Mikrophotographen der Zeit.

Liebe Grüße

Michael

Hallo,

herzlichen Dank für die positiven Rückmeldungen. Nachdem offensichtlich auch Interesse an solchen Randthemen besteht bedauere ich, dass ich den Beitrag entgegen ursprünglicher Absicht deutlich gekürzt habe um mich auf das Hauptthema zu beschränken. Es gäbe da noch viel zu erwähnen.....

Hubert

Hallo Hubert,

Zitat von: LupusNachdem offensichtlich auch Interesse an solchen Randthemen besteht, bedauere ich, dass ich den Beitrag entgegen ursprünglicher Absicht deutlich gekürzt habe, um mich auf das Hauptthema zu beschränken.

Das hat aber auch den Vorteil, dass mehr Leser das Wesentliche erfassen und nicht schon vorher aussteigen. Eine Möglichkeit beide Interessengruppen zu bedienen wäre der gekürzte Artikel als Appetitanreger und die Vollversion als PDF-Anhang. Nach dem man das Wesentlicher erfasst hat, würde das geweckte Interesse vielleicht dann doch den einen oder anderen "Kurzleser" zum "Langleser" machen.

Auf jeden Fall ist die jetzt gegebene Darstellung gut geeignet, um darauf zu verweisen, wenn hier im Forum mal wieder ein Leihe nach der Köhlerbeleuchtung fragt oder gar ein Mikroskop nur durch das Einfügen einer zweiten Blende, mal schnell so umbauen will, dass  eine "Köhlerbeleuchtung" entstünde.

LG Gerd

Ich muss gestehen, dass mir ein Unterschied zwischen Nelson's kritischer Beleuchtung und der Beleuchtung, bei der die Lichtquelle in die Objektebene abgebildet wird, auch nicht bewusst war.
Oft hat ja auch eine Methode, die nach einer Person benannt ist, oft nicht mehr viel mit dem zu tun, was diese Person ursprünglich beschrieben hat. In solchen Fällen lohnt ein Blick in die Originalarbeiten:
Von Edward M. Nelson habe ich einen Artikel aus 1910 gefunden, also lange nachdem er den Begriff "kritische Beleuchtung" prägte:
Nelson, Edward M. "IX.—Critical Microscopy." Journal of the Royal Microscopical Society 30.3 (1910): 282-289.
Er kann z. B. hier eingesehen werden:
https://www.biodiversitylibrary.org/item/18891#page/344/mode/1up

Darin schreibt er:
"Critical Illumination.---An object is said to be illuminated critically when it is placed at the apex of a solid axial cone, the aperture of which is not less than three-quarters of the N.A. of the observing objetice (B)."

Von daher erfüllen eigentlich alle heutigen Kondensoren diese Bedingung.
Interessant ist, der Hinweis, dass der von uns so verehrte Abbe
sich gegen diese Art der Beleuchtung ausgesprochen hat, siehe
https://www.biodiversitylibrary.org/item/98135#page/291/mode/1up
Abbe hatte dafür plädiert, möglichst nur mit einem (evtl. möglichst schiefen) Strahl zu beleuchten. Die "Objektähnlichkeit" der konischen (hochaperturigen) Beleuchtung war ihm anscheinend noch fremd.
Die heutigen Kondensoren setzen in Wirklichkeit also eine Synthese aus den Ideen von Abbe und Nelson um und auch heutige Abbe Kondensoren erlauben kritische Beleuchtung im Sinne Nelsons.
Andererseits scheint zu dieser Zeit der reziproke Zusammenhang zwischen Auflösung und Kontrast auch noch nicht verstanden gewesen zu sein, so dass die unterschiedlichen Ansichten von Abbe und Nelson verzeihlich scheinen.

Viele Grüsse
Florian

Hallo Stefan,

ZitatOft hat ja auch eine Methode, die nach einer Person benannt ist, oft nicht mehr viel mit dem zu tun, was diese Person ursprünglich beschrieben hat.

das sollte eigentlich nicht so sein. Es wird gerne zu viel in die "Entdeckung" von Dingen durch einzelne berühmt gewordene Menschen hineininterpretiert. Dabei ist die menschliche technische Entwicklung - von wenigen Ausnahmen abgesehen - regelmäßig ein Ergebnis auch der Erkenntnisse der vorangegangenen Entdeckungen. Das ist auch der Grund, warum sich die Entwicklung im letzten Jahrhundert im Vergleich zum vorangegangenen Jahrtausend so exponentiell entwickelt hat: Weil immer mehr Menschen immer einfacher auf früheres, insbesondere zugänglich dokumentiertes Wissen zugreifen konnten.

Z.B. wurde die Glühlampe nicht von Edison "erfunden", sondern er hat nur den Durchbruch zur Gebrauchstauglichkeit geschafft, und auch das Mikroskop wurde nicht von einem einzelnen Menschen erfunden - von der Lupe als Vorform zum heutigen Mikroskop vergingen über tausend Jahre.

ZitatVon daher erfüllen eigentlich alle heutigen Kondensoren diese Bedingung.

Es geht bei dem Begriff "kritische Beleuchtung" genau genommen nicht um die technische Eigenschaft der Kondensoren. Die waren auch Mitte des 19.Jh. schon so weit. Sondern um die Kenntnis wie die Nutzung der gesamten Beleuchtungseinrichtung optimal zu erfolgen hat.

ZitatAbbe hatte dafür plädiert, möglichst nur mit einem (evtl. möglichst schiefen) Strahl zu beleuchten. Die "Objektähnlichkeit" der konischen (hochaperturigen) Beleuchtung war ihm anscheinend noch fremd.

Da gab es einen "heftigen" Austausch zwischen Abbe und der Royal Society, denn das war leider zeitweise der Schwachpunkt bei Abbe, der die Verbreitung seiner Theorie speziell in Großbritannien etwas gedämpft hatte. Abbe war Physiker und Mathematiker, er lehrte z.T. auch das Fach mathematische Physik. Also nicht der Praktiker in Mikroskopie wie es dafür viele Mitglieder der Royal Society waren. Das Vereinen von Theorie und Praxis war in der Wissenschaft schon immer ein iterativer Prozess - Methode Trial-and-Error. Gerade weil Abbe sich speziell mit Beugung und Interferenz beschäftigte hatte er sozusagen die Sorge, dass sich die Lichtstrahlen bei voller Ausleuchtung der NA des Objektives zu sehr wieder "vermengen" und Bildinhalte abschwächen würden. Seine berühmten Experimente durch Filterung an der Austrittspupille des Objektives waren ja auch Demonstrationsbeispiele für die Extremfälle der Beleuchtung. Zu seiner Zeit fehlten die Rechenmöglichkeiten heutiger Computer, um auch theoretisch mittels Fourieroptik die Filtereffekte durch Beleuchtung in der Gesamtheit zeigen zu können.

ZitatDie heutigen Kondensoren setzen in Wirklichkeit also eine Synthese aus den Ideen von Abbe und Nelson um und auch heutige Abbe Kondensoren erlauben kritische Beleuchtung im Sinne Nelsons.

Die heutigen Kondensoren unterscheiden sich wie schon gesagt durch nichts von den Kondensoren bereits Mitte des 19.Jh., also vor Abbe und Nelson. "Abbe-Kondensor" ist eigentlich nur eine, historisch betrachtet heute auch nicht ganz richtig verwendete, eingebürgerte Bezeichnung für eine Kondensorbauweise. Und zwar für eine damals sehr kostengünstige, relativ einfache Bauweise eines trotzdem relativ guten Kondensors von Zeiss, der natürlich von Abbe entwickelt wurde.

Hubert

Hallo Hubert und die anderen Wissenden,
ich hatte unter einem "ABBE-Kondensor" bisher immer einen "Beleuchtungsapparat nach ABBE" verstanden, mit einem Kondensor, dessen Apperturblende sich dezentrieren ließ, um neben der "normalen" auch "Schiefe Beleuchtung" realisieren zu können. Liege ich da falsch? Sind "ABBE-Kondensor" und "Beleuchtungsapparat nach ABBE" keine ganz deckungsgleichen Begriffe?
LG Gerd

test

Hallo Gerd,

es gab wie Du schon sagst einen sog. Beleuchtungsapparat nach Abbe, dessen Mechanik u.a. eine seitliche Verschiebung (und Drehung) der Irisblende für schiefe Beleuchtung zugelassen hat. Der war ursprünglich optional mit nichtachromatischen Kondensoren ausrüstbar, einen zweilinsigen mit NA 1.2 und dreilinsig mit NA 1.4. Aber es gab später auch andere Kondensoren wie z.B. einen achromatischen mit NA 1.0 oder einen aplanatischen mit NA 1.4. Genau genommen ist begrifflich der Kondensor nur Bestandteil des Abbeschen Beleuchtungsapparates und nicht gleichzusetzen.

Diese Bauart von "einfacheren", nicht achromatischen Kondensoren wird wohl auch heute noch gelegentlich als Abbe-Kondensor sogar in Prospekten heutiger anderer Mikroskophersteller bezeichnet (Da musst Du nur mal nach dem Begriff googeln). Ich verwende solche undefinierten Begriffe nie, weil sie missverständlich sein können. Ähnlich wie "köhlern".

Hubert

Hallo Hubert, hallo Florian,
das ist immer wieder und noch ein spannendes Thema 'Beleuchtung des Objekts'.
Wie Hubert schon sagte hat der "Abbe" schon eine erstaunliche Wandlung erlebt, so wurde diese Bezeichnung zB hier im Carpenter "The microscope and its revelations" von 1901 (download oder online) (https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uc2.ark:/13960/t9g44kz3j&seq=17) ab S. 300 ganz ehrwürdig für achromatische Kondensoren verwandt, wohingegen heute alles ab 2 Linsen als Abbe bezeichnet wird. Aber auch die "neueren" und zumindest aplanatischen wenn nicht gar achromatischen Kondensoren firmieren ja im Mikro-Sprech despektierlich unter "Aschenbecher" (Zeiss) und "Badewanne" (Leitz)  ;)

In dem oben genannten Carpenter gibt es einige interessante Kondensoren inkl. Ringförmiger Beleuchtung (!) zu bestaunen (ab S 331 im Digitalisat)
Beste Grüße Stefan

Hallo Stefan,

ZitatWie Hubert schon sagte hat der "Abbe" schon eine erstaunliche Wandlung erlebt, so wurde diese Bezeichnung zB hier im Carpenter "The microscope and its revelations" von 1901 (download oder online) ab S. 300 ganz ehrwürdig für achromatische Kondensoren verwandt, wohingegen heute alles ab 2 Linsen als Abbe bezeichnet wird.

das kann ich jetzt nicht ganz nachvollziehen. Im Carpenter wird lediglich einer von Abbe entwickelter Kondensor als Abbe Kondensor bezeichnet, was ja richtig ist. Man kann jeden von Abbe entwickelten Kondensor allgemein Abbe Kondensor nennen (das wären aber natürlich nur die historischen Modelle).

Ansonsten wird heute nach meiner Kenntnis normalerweise nur ein einfacher, nicht achromatischer zwei oder dreilinsiger Kondensor ähnlich der ursprünglichen Abbe-Konstruktion aus dem Jahr 1870, als der Abbesche Beleuchtungsapparat von Zeiss eingeführt wurde, als Abbe-Kondensor bezeichnet (S. 309 und 310 Deines verlinkten Carpenter). So wie er z.B. auch hier erwähnt wird  https://www.spektrum.de/lexikon/physik/kondensor/8258 (https://www.spektrum.de/lexikon/physik/kondensor/8258)

Also diese Kondensoren:

Abbe Kondensor.jpg

Hubert

Hallo zusammen,

ich fürchte, ich habe hier für Verwirrung gesorgt. Statt von Abbe Kondensor und Nelson Kondensor zu sprechen, hätte ich von Köhlerscher Beleuchtung und kritischer Beleuchtung sprechen sollen.
Die Köhlersche Beleuchtung scheint jedenfalls die von Nelson aufgestellte Forderung an eine Beleuchtung zu umfassen, nämlich die Möglichkeit, das Objekt mit der Apertur des Objektivs auszuleuchten.

Viele Grüsse
Florian

Hallo Florian,

ZitatDie Köhlersche Beleuchtung scheint jedenfalls die von Nelson aufgestellte Forderung an eine Beleuchtung zu umfassen, nämlich die Möglichkeit, das Objekt mit der Apertur des Objektivs auszuleuchte

man könnte es auch anders formulieren: Die Köhlerbeleuchtung ist nichts anderes als eine kritische Beleuchtung, bei der die Lichtquelle durch eine dazwischengeschaltete Optik effizient zu einer homogenen Leuchtfläche umgewandelt wurde. Effizient deshalb, weil früher bereits zu diesem Zweck Mattscheiben verwendet wurden, die aber einen hohen Lichtverlust bewirken. Das erwähnt Köhler übrigens explizit in seiner Veröffentlichung von 1893.

Eigentlich war es Absicht meines Beitrages, gerade darauf hinzuweisen dass die kritische Beleuchtung der Kern einer guten Mikroskopbeleuchtung bezüglich der Objektauflösung ist, die Köhlerbeleuchtung "nur" eine Optimierung hinsichtlich der homogenen Ausleuchtung und Ausnutzung der Lichtquellenintensität.

Hubert

Thanks for your insights, Hubert. Just an addition and not unimportant so: Kohlerillumination needs a better corrected condenser than the Nelsonian type (Sterrenburg 1975: Leidraad bij de microscopie). Other way around:  the Abbe condenser performs better in Nelsonian than in Kohler setup!

Regards, René

Hallo,

ich ergänze aufgrund der Diskussion meinen Anfangsbeitrag noch etwas:

Zeiss-Kondensoren im 19.Jh.

Als Zeiss sein erstes einfaches, nur mit einem Linsendublet und Triplet ausgestattetes Präpariermikroskop 1847 vorstellte, gab es insbesondere im viktorianischen Großbritannien bereits achromatische Kondensoren. Im kontinentalen Europa waren auch die Mikroskope insgesamt einfacher, und die Beleuchtung öfter ohne Kondensor. Eine der ersten gerechneten Neuentwicklungen bei Zeiss durch Abbe waren die zwei- und dreilinsigen, nichtachromatischen Kondensoren hoher NA, in Verbindung mit dem zugehörigen Beleuchtungsapparat (ca. 1870). Die waren aufgrund der vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten und doch guten Qualität relativ schnell weit verbreitet. In Bild 4 oben sind die beiden Kondensoren auch vom Aufbau her dargestellt.

Nachdem die Fotografie vermehrt gegen Ende des 19.Jh. eingesetzt wurde und die Qualitätsansprüche stiegen (1886 entwickelte Abbe das erste apochromatische Objektiv), gab es bei Zeiss auch achromatische Kondensoren und einen nichtachromatischen aplanatischen Kondensor (d.h. mit insbesondere besser korrigierter sphärischer Aberration) - siehe Bildmitte.
Zur ergänzenden Information habe ich im Vergleich auch den bekannten Kondensor mit klappbarer Frontlinse für das Standard-System nach dem 2.WK abgebildet, der von Zeiss 1948/49 entwickelt wurde. Zum wegklappen musste die Frontlinse mit größerem Abstand versehen werden als bei der alten Konstruktion, aber im Prinzip könnte man hier auch von einem "Abbe-Kondensor" sprechen (Bild unten). Der große Abstand der Linsen hat auch den Vorteil besserer Fehlerkorrektur.

Zeiss Kondensoren historisch Zusammenstellung.jpg

Bild 4

Verbesserte "kritische" Beleuchtung zur Fotografie

In dieser Zeit stiegen gleichzeitig die Anforderung an die Beleuchtung durch den vermehrten Einsatz von Fotografie, dies war natürlich auch zeitlich weit vor der Veröffentlichung der Köhlerbeleuchtung der Fall. Aus einem Zeiss-Katalog von 1888 (Special-Catalog über Apparate für Mikrophotographie - geschrieben von Roderich Zeiss, dem Sohn von Carl Zeiss) kann man interessante Erkenntnisse über die damalige Technik gewinnen. Man setzte damals bereits bevorzugt achromatische Kondensoren ein, und auch direktes Sonnenlicht zur Beleuchtung, das mit einem Heliostaten in den Strahlengang eingespiegelt wurde.

Die Bilder 5 und 6 sind daraus entnommen und geben eine Vorstellung, wie 5 Jahre später vielleicht Köhler an seinen Zoologischen Institut arbeitete. Z.B. beschrieb er in seiner Veröffentlichung, dass die Kollektorlinse seines Beleuchtungsaufbaus einen Durchmesser von 10 cm und eine Brennweite von 25 cm hatte - das passt gut zu der abgebildeten Technik mit optischer Bank und großen Plattenkameras.

1888 Mikrophotografie 1.jpg

Bild 5

1888 Mikrophotografie 2.jpg

Bild 6

Im Text zur Beleuchtung sind folgende Passagen aufschlussreich:

"Bei der Beurteilung der zu wählenden Lampe muss berücksichtigt werden, dass es nicht auf den Grad der Helligkeit allein ankommt, welcher nur von der Größe der Flamme abhängt ..... sondern einzig und allein darauf, dass die Lampe eine Flamme gewährt, von welcher wenigstens ein Theil ein völlig weißes Licht ausstrahlt. Bekanntlich sind sowohl auf dem Gebiete der Gas- als auf dem der Petroleumbeleuchtung in neuerer Zeit erhebliche Fortschritte gemacht worden, so dass es leicht ist, eine dem vorliegenden Bedürfnisse entsprechende Lampe zu erhalten." (Das bezog sich auf die für die damaligen Emulsionen wichtigen Blauanteil des Lichtes.)
"Von anderen künstlichen Lichtquellen ist noch das Kalklicht zu erwähnen, welches seiner Intensität wegen sich im Allgemeinen für mikrophotographische Aufnahmen empfiehlt und vermöge der Constanz seines Lichtpunktes für die directe Verwendung geeignet ist."

Zwei besonders lichtstarke aber räumlich inhomogene Lichtquellen werden ebenfalls beschrieben, die aber nur mit Mattscheiben verwendet werden konnten - in dem Text wird daher zwischen direkter und indirekter Verwendung des Lichts unterschieden:
"Anwendung der Lichtquelle indirect (mit matter Scheibe)
....
Das Magnesiumlicht ist chemisch vorzüglich zu photographischen Zwecken brauchbar, weil es intensiv weiß leuchtet, also Strahlen von jeder Farbe des Spectrums in gleichmässiger Vertheilung enthält. ....  Ich selbst habe mich jedoch ... nie dazu entschliessen können, größere Aufnahmen mit demselben zu machen, weil die fortwährenden Schwankungen in der Intensität welche während des Abbrennens des Magnesiumdrahtes erfolgen, mir die Ruhe beim Einstellen und Exponiren rauben.
....
Dagegen kann ich aus voller Ueberzeugung das elektrische Bogenlicht ... zur indirekten Verwendung für mikrophotographische Aufnahmen empfehlen. Wie aus dem Obigen leicht zu schliessen ist, findet diese indirecte Verwendung des elektrischen Bogenlichtes so statt, dass mittelst desselben die mehrfach erwähnte matte Scheibe erleuchtet wird, welche nun ebenso in die Objektebene projicirt wird, wie es bei der indirekten Anwendung des Sonnenlichtes beschrieben wurde."

D.h. Mattscheiben wurden, wie auch schon gelegentlich Jahrzehnte früher, regelmäßig bei den für die Fotografie besonders Intensiven Lichtquellen hoher Farbtemperatur verwendet. Köhler hatte ebenfalls schon darauf verwiesen, aber auf den bisher üblichen Beleuchtungsaufbau wegen des von ihm erwähnten Lichtverlustes verzichtet. Die eigentlich trotzdem erforderliche Mattscheibe in seiner neuen Beleuchtung, um die Aperturblende homogen auszuleuchten, hat er offensichtlich nicht verwendet (seine Beschreibung der Komponenten geht ins Detail) und das Problem wohl mangels optischer Kenntnisse auch nicht erkannt.

Wenn man nun die hier notwendige Mattscheibe bei bisheriger "kritischer Beleuchtung" und auch die für die Köhler-Beleuchtung notwendige Mattscheibe zur Homogenisierung der Aperturblendenausleuchtung (auch wenn da schwächere ausreichen) in die Grafiken von Bild 1 einträgt, sehen kritische und Köhler-Beleuchtung wie in Bild 7 aus:

Schema kritische Beleuchtung Köhlerbeleuchtung 3 Mattscheibe.jpg

Bild 7

Also kein sehr großer Unterschied mehr. Eigentlich besteht hier ein fließender Übergang zwischen Köhler-Beleuchtung und Mattscheibenbeleuchtung, die man auch mit einer Feldlinse an der Mattscheibe versehen kann um den Hot-Spot von schwächeren Mattscheiben zu vermeiden.

Unterschiedliche Qualiätsanforderung an Kondensor zwischen beiden Beleuchtungsarten

ZitatKohlerillumination needs a better corrected condenser than the Nelsonian type (Sterrenburg 1975: Leidraad bij de microscopie)

Das zitierte Argument kann ich ohne Begründung der Quelle nicht nachvollziehen. Richtig ist dass ein "Abbe-Kondensor" keine sehr gute Korrektur bezüglich sphärischer Aberration aufweist (der Farbfehler spielt in diesem Zusammenhang eine geringere Rolle). Das ist auch der Grund wenn regelmäßig etwas "seltsame" Empfehlungen gegeben werden, die Kondensorhöhe je nach verwendeter Objektivvergrößerung und damit auszuleuchtender NA zu verstellen. Denn durch die sphärische Aberration leuchtet der Kondensor die Objektebene nicht gleichmäßig aus, speziell wenn man fälschlicherweise die Scharfstellung der Leuchtfeldblende bei Köhler-Beleuchtung als ausschließliches Kriterium der Einstellung der Kondensorhöhe verwendet. Die Folge ist dass je nach Einstellebene die Ausleuchtung eines Objektives mit hoher NA - erkennbar beim Blick in den Tubus ohne Okular - ringförmig abgedunkelt oder außen abgeblendet erscheinen kann.

Das ist natürlich schlechter als eine optimierte Schärfe der Leuchtfeldblende da es mit Auflösungsverlust verbunden ist. Das ist aber kein spezifisches Problem der Köhler-Beleuchtung, sondern kann bei falscher Einstellung des Kondensors auch bei "kritischer Beleuchtung" ohne Leuchtfeldblende passieren. Die Regel, den nichtaplanatischen Kondensor nach Schärfe der Leuchtfeldblende einzustellen konnte ich eigentlich noch nie nachvollziehen.

Hubert

Hallo, nur als kurze Ergänzung zu den schönen Ausführungen: Die ersten Mikro"fotos" überhaupt, eigentlich Daguerreotypien, wurden um 1838 auch mit dem oben erwähnten (Wasserstoff-) Kalklicht unter anderen von J. E. Purkyně (https://de.wikipedia.org/wiki/Jan_Evangelista_Purkyn%C4%9B) ;) durchgeführt: Daguerreotype Journal, N. 2 Spring Issue (https://issuu.com/daguerreobase/docs/daguerreotype_journal_n._2_spring_i/44)
Beste Grüße Stefan

Hallo Hubert, the problem with the uncorrected condenser is indeed due to spherical abberation. Sterrenburg mentions a reduced numerical aperture by closing the field iris.

Figure 77, Koehler illumination with uncorrected (a) versus aplanatic (b) condenser;
Figure 78, Nelsonian (critical) illumination with uncorrected  condenser.
(Sterrenburg 1975)

Best wishes, René

BTW, found another example by Frithjof Sterrenburg  on http://www.microscopy-uk.org.uk/index.html?http://www.microscopy-uk.org.uk/primer/illumin.htm (http://www.microscopy-uk.org.uk/index.html?http://www.microscopy-uk.org.uk/primer/illumin.htm)

Hello René,

I mentioned the problem of inhomogeneous illumination of condensers with not well corrected spherical aberration, everyone can observe the too small illumination angle at the reduced exit pupil illumination of the objective.

To illustrate this, I have calculated a standard Zeiss condenser with a folding front lens (NA 0.9). Figure 1 shows the entire optical path.

Kondensorstrahlengang.jpg

Figure 1

Figure 2 shows the area between the front lens and the object plane. The optical data are not exactly identical to the original, but show the spherical aberration well enough.
The necessary image size of a field diaphragm for a 50-60x objective, for example, is shown in blue dashed line. The blue arrow is an example of the position of the (blurred) field diaphragm in the object plane, as it might be after apparently optimum focusing. Its location near the beam of rays with low NA results from the fact that the strongest visual contrast of the field stop edge is caused by the illumination of the (larger) inner aperture stop area with a smaller illumination aperture. The high illumination aperture cannot be utilised with this condenser position, the image resolution is reduced.

Kondensorstrahlengang Detail.jpg

Figure 2

However, the same problem can also occur with "critical illumination" if the condenser is set too low. But, in this case the problem may be less severe because without a strongly closed field diaphragm, the more widely spread rays of the condenser can partially illuminate the object field with rays of high NA.

Hubert

Hallo,

ein Nachtrag zum Zeiss Katalog Mikrofotografie von 1888:

Diese dort gezeigte Aufnahme von Pleurosigma angulatum wurde (natürlich) nicht mit Köhler-Beleuchtung aufgenommen sondern ganz klassisch mit der Projektion der Lichtquelle auf das Objekt, mit einem sehr frühen apochromatischen Objektiv NA 1.3 von Zeiss. Beleuchtung durch Sonne mittels Heliostat eingespiegelt, Kondensor Apochromat NA 0.3. Wie ich finde eine sehr gute Aufnahme, die beweist dass die Qualität der Optik wichtiger ist als die höchstmögliche Beleuchtungsapertur.

Pleurosigma angulatum 1888.jpg

Man darf natürlich nicht vergessen, dass die Sonne als Lichtquelle einen signifikanten UV-Anteil besitzt, und die Fotoplatten zu dieser Zeit ebenfalls sehr blau-empfindlich waren (und sicher auch stark auf den UV-Bereich angesprochen haben). Also eine Aufnahme mit wohl unbewusst (?) höherer Auflösung durch die kurze Wellenlänge.  ;) 

Hubert

Hallo Hubert,
angenommen man hätte 1888 einen halbwegs gut-korrigierten Kondensor nA 0,7 gehabt (was wohl nicht der Fall war) und ein semi-apochromatisches 40er Objektiv nA 0,85 verwendet (gab es mW) wäre es auch möglich gewesen P. angulatum aufzulösen.
Will auch sagen, die Verbesserung der Kondensoren bzgl Korrektur und nA haben die Verwendung von höheraperturigen Trockenobjektiven noch interessanter gemacht, wobei sich dann rasch das Deckglasdickenproblem einstellte, welches daraufhin wiederum mit Korrekturfassungen beantwortet wurde ... (zeitlich von der Abfolge würde es ja passen)
Beste Grüße Stefan

Hallo Stefan,

1888 gab es von Zeiss bereits diverse Apochromaten (1886 entwickelte Abbe den ersten Apochromaten). U.a. zwei Trockenobjektive verschiedener Vergrößerung (42x und 62x bei damals üblichen Bezug auf 250 mm) mit NA 0.95 einschließlich Deckglaskorrektur sowie Immersionsobjektive mit NA 1.3 und 1.4(!). Der achromatische Kondensor von Zeiss hatte zu dieser Zeit eine NA von 1.0.

Übrigens wurde das Problem des Einflusses der Deckglasdicke und dessen Lösung durch objektivinterne Abstandsänderung von Linsen bereits in der Mitte des 19.Jh. erkannt.

Hubert

Hallo Hubert, da war ich dann auf der Zeitachse wohl ein paar Jahrzehnte in meiner Erinnerung verrutscht.
Robert Koch hatte den (oder einen anderen ?) Kondensor glaube ich schon etwas früher erwähnt, 1878  (nachdem er vorher wohl mit Seibertschen Mikroskopen fotografiert hatte):
http://www.museum-optischer-instrumente.de/zeiss_3479.html
Beste Grüße Stefan

Hallo zusammen,

dieses Mikroskop ein HM-Lux3 sollte auf den ersten Blick eine kritische Beleuchtung haben?!
Ich möchte untersuchen, ob ich auf Basis der gegebenen Definitionen auf wiki und im ersten Teil von dem Beitrag eine Einschätzung vornehmen kann.

Leider habe ich nicht geschaut, ob man die Glühwendel der Birne ohne den Diffusor im Präparat sieht.

Liebe Grüße
Rudolf

Basierend auf der Frage: Was ist eigentlich die kritische Beleuchtung? Möchte ich die einzelnen Punkte durchgehen.

Kriterien für die kritsche Beleuchtung laut wiki: https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtmikroskop
-- Der Vorteil der kritischen Beleuchtung liegt, verglichen mit der Köhlerschen Beleuchtung, im geringen apparativen Aufwand und im einfachen Einstellverfahren.
    --> OK, weil weniger Hebel und Blenden zu sehen sind. Leuchtfeldblende fehlt, Höhenverstellung Kondensor fehlt.
-- Dabei überlagert allerdings die Struktur der Lichtquelle die Präparatstrukturen, was zum Teil stören kann.
    --> Vermutlich, habe ich leider nicht geprüft
-- Kondensor dicht am Präparat.
  --> Ok, der Kondensor befindet sich knapp unter dem Tisch.
-- Die Lichtquelle muss vergleichsweise weit vom Kondensor entfernt sein.
    --> Ok, das ist relativ aber das kann man so sehen
-- Um zu verhindern, dass das Bild der Glühwendel die Erkennung von Präparatstrukturen erschwert, wird unterhalb des Kondensors ein Mattglas-Filter in den Beleuchtungsstrahlengang gelegt.
    --> OK, der Mattglas-Filter ist abgenommen links zu sehen.
-- Sollte dies nicht ausreichend sein, kann der Kondensor etwas abgesenkt werden, so dass das Bild der Glühwendel unscharf wird.
    --> Nein, (War da jetzt ein Kondensortrieb/Höhenverstellung des Kondensors dran? Nein, nach dem Katalogbild)

Aber ist es jetzt eine kritische Beleuchtung nach Nelson? Das war die Ausgangsfrage.

ZitatEdward Nelson, ein englischer Mikroskopiker, begründete dabei den Begriff "critical Illumination" etwa Ende der 1880er Jahre. Es ging dabei um eine maximal objektgetreue Abbildung bester Auflösung. Der Kern des Begriffes bestand darin, dass
1. die Beleuchtung bezüglich der optischen Achse des Mikroskops sorgfältig zentriert werden sollte, und dass
2. die numerische Beleuchtungsapertur gleich der des Objektives sein sollte, oder je nach Objekt und Objektivqualität auf bis zu 3/4 der des Objektives abgeblendet werden durfte.
Also das was heute immer noch als Einstellkriterium angesehen wird.

1. --> Nein, da nicht zentrierbar.
2. --> Nein, da Kondensor nicht höhenverstellbar, d.h. der Einfallswinkel vom Licht auf die Apertur bzw. den Öffnungswinkel des Objektivs kann nicht eingestellt werden.

---> also doch keine kritische Beleuchtung nach Nelson.
Oder????

Ich hoffe die Leitz-Fans fühlen sich angesprochen ;-)


Dann noch eine Frage, wenn ich den Kondensor so einstellen könnte, dass der Lichteinfall gleich der Apertur/Öffnungswinkel ist und ich die Aperturblende zuziehe, d.h. es fällt weniger Licht ein als einfallen könnte, dann erhöhe ich den Kontrast und verringere gleichzeitig die Auflösung. Ist das richtig?

2023-12-25 13_02_47-2023_12_02_Friends_and_Foes – OneDrive – Mozilla Firefox.jpg


2023-12-25 13_02_35-2023_12_02_Friends_and_Foes – OneDrive – Mozilla Firefox.jpg

https://www.amuseum.de/mikroskopie/Anleitungen/LEITZ_HM_LUX3_small.pdf
2023-12-25 16_01_15-LEITZ_HM_LUX3_small.pdf - Adobe Acrobat Reader (32-bit).jpg

Quelle: https://www.facebook.com/groups/735021843305949/permalink/1649870775154380/
Einfallswinkel steigt, bei steigenden Aperturen, z.B.: NA = 10x ; NA = 40x
These:
Der Lichtkegel, den der Kondensor erzeugt, muss dem Öffnungswinkel des Objektivs entsprechen.
Hier wurde das grüne Licht zur Demo von oben eingestrahlt und zeigt den Öffnungswinkel des Objektivs.
Der Kondensor muss diesen Öffnungswinkel bedienen können.
2023-12-25 13_30_37-PowerPoint-Bildschirmpräsentation - [Friend_or_Foe_002.pptx].jpg

Hallo Hubert,
zu unserer oben begonnene Diskussion zu Beleuchtung und Kondensor Ende des 19Jh., wollte ich ein Zitat von Nelson beisteuern, das etwas Licht auch auf die 'Dispute' der damaligen Zeit zu diesem Thema wirft.
Man kann also auch davon ausgehen das bei Zeiss die 'Hinwendung' zur höheraperturigen Beleuchtung nicht ohne Diskussionen mit Abbe abging.
Im Kern geht es dabei ja um die Frage wie koherent die Beleuchtung zu sein hätte und somit auch um die Objektähnlichkeit des produzierten mikroskopischen Bildes, ein Thema das uns ja bis heute in der Lichtmikroskopie beschäftigt...

"This paper [er meint Abbes Veröffentlichung im R.M.S. Journal im Dezember 1889] I consider to be the most dangerous paper ever published, and unless a warning is sounded it will inevitably lead to erroneous manipulation, which is inseparably connected with erroneous interpretation of structure.
If you intend to carry out his [Abbes] views and use narrow-angled cones, you do not need a condenser at all—more than this, a condenser is absolutely injurious, because it affords you the possibility of using a large cone, which, according to Prof. Abbe, yields an image dissimilar to the object. If there is the slightest foundation for Prof. Abbe's conclusion, then a condenser is to be avoided, and when a mirror is used with low powers care must be exercised to cut the cone well down by the diaphragm.
Let me at the place state that I wish it to be distinctly understood that I am not, in this paper, attacking Prof. Abbe's brilliant discovery that the image in the Microscope is caused by the reunion of rays which have been scattered by diffraction, neither do I question what I venture to think is his far more brilliant experiment, which exhibits the duplication of structure, when the spectra of the second order are admitted, while those of the first are stopped out. I regard these facts as fundamental truths of microscopy."
(Edmund Milles Nelson 1891 zitiert nach Wayne "Light and video microscopy", 2014, S 93)

Beste Grüße Stefan

Hallo Stefan,

Zitat... ein Zitat von Nelson beisteuern, das etwas Licht auch auf die 'Dispute' der damaligen Zeit zu diesem Thema wirft. ...
Im Kern geht es dabei ja um die Frage wie koherent die Beleuchtung zu sein hätte und somit auch um die Objektähnlichkeit des produzierten mikroskopischen Bildes ...

Zu diesem Thema gibt es einige Zitate, auch anderer insbesondere britischer Mikroskopiker in den folgenden Jahren. Wie ja schon erwähnt, vertrat Abbe diese Auffassung (ein "enges" Beleuchtungs-Strahlenbündel zu verwenden) nur in der Anfangsphase seiner Beugungstheorie und war Ergebnis seiner (grundsätzlich richtigen) Aussagen dass ein Beleuchtungsbündel verschiedener Winkel durch Interferenz zu Bildverfälschungen führen könnte. Ich hatte seine Aussagen in meinem früheren Beitrag zur Theorie der schiefen Beleuchtung auch einmal zitiert, aber eher im umgekehrten Sinn dass zu starke Manipulationen der Beleuchtung (Abblendung oder Einengung in Form ringförmiger Beleuchtung) zu Beugungsartefakten führen. Die theoretische Bedeutung der Kohärenz der Beleuchtung ist erst durch späteres physikalisches Gesamtverständnis der Beugungstheorie des Lichtes und modernere mathematische Methoden verstanden worden.


Anmerkungen zum Beitrag von Rudolf:

ZitatKriterien für die kritsche Beleuchtung laut wiki:

Die Kriterien in Wikipedia entsprechen nicht dem historischen Begriff der kritischen Beleuchtung, insofern ist es wenig sinnvoll da einen Vergleich mit dem konkreten Mikroskop zu machen.

Zitat1. --> Nein, da nicht zentrierbar.
2. --> Nein, da Kondensor nicht höhenverstellbar, d.h. der Einfallswinkel vom Licht auf die Apertur bzw. den Öffnungswinkel des Objektivs kann nicht eingestellt werden.

Diese Punkte, die den Kern des Begriffs "kritische Beleuchtung" nach Nelson definieren, beziehen sich auf die im Ergebnis eingestellte Beleuchtung, nicht auf die Mechanik. Dagegen ist die Köhler-Beleuchtung primär die Bezeichnung für den speziellen (mechanischen) Beleuchtungsaufbau. Wenn also ein modernes Mikroskop bereits gut unverstellbar zentriert ist widerspricht das eigentlich nicht dem 1. Begriff.
Die Höheneinstellung des Kondensors ist für den 2. Punkt auch nicht wirklich relevant, da der Winkel des Beleuchtungskegels durch die Aperturblende bestimmt wird (die bei manchen Mikroskopen auch nicht an der optimalen Stelle sitzt  ;) ). Eine Höheneinstellung ist eigentlich nur notwendig, wenn der Kondensor nicht optimal optisch korrigiert ist und seine sphärische Aberration dadurch an die NA des Objektives angeglichen werden muss. Oder man zur Ausleuchtung von gering vergrößernden Objektiven mit großem abgebildetem Objektdurchmesser, für die der hochaperturige Kondensor nicht mehr optimal geeignet ist, hilfsweise die Höhe verstellt.

Hubert

Hallo Hubert,

"Eine Höheneinstellung ist eigentlich nur notwendig, wenn der Kondensor nicht optimal optisch korrigiert ist und seine sphärische Aberration dadurch an die NA des Objektives angeglichen werden muss."
 
... sagt die optische Theorie, völlig richtig! Aber in der Praxis bedingen die unterschiedliche Dicke der Objektträger und damit auch die Lage der zu beobachtenden Objekte die zur Einstellung nötige Höhenverstellung des Kondensors.

Herzliche Weihnachtsgrüße,

Alfons

Hallo Alfons,

Du hast selbstverständlich Recht bezogen auf das Beispiel verschieden dicker Objektträger und damit auch der etwas unterschiedlichen Objektebenenabstände zur Tischplatte. Da muss er natürlich auch nach optischer Theorie verstellt werden. ;)  Ich meinte mit meiner Aussage aber nur die immer wieder zu lesende Beschreibung, dass der Kondensor je nach verwendetem Objektiv in der Höhe angepasst werden muss.

Hubert

Zitat von: Lupus in Dezember 27, 2023, 17:39:36 NACHMITTAGSHallo Alfons,

Du hast selbstverständlich Recht bezogen auf das Beispiel verschieden dicker Objektträger und damit auch der etwas unterschiedlichen Objektebenenabstände zur Tischplatte. Da muss er natürlich auch nach optischer Theorie verstellt werden. ;)  Ich meinte mit meiner Aussage aber nur die immer wieder zu lesende Beschreibung, dass der Kondensor je nach verwendetem Objektiv in der Höhe angepasst werden muss.



Hubert

Guten Abend Hubert, guten Abend geschätzte Runde,

zunächst bitte ein Dankeschön an Hubert für die hervorragend guten und dabei auch noch sehr verständlich gehaltenen Erklärungen zu den Eigenschaften von Arten der Beleuchtung für die Mikroskopie.

Ich hätte bitte eine Verständnisfrage zum Thema der Höheneinstellung des Kondensors bei der Köhlerschen Beleuchtung.

Sehe ich das wie folgend beschrieben richtig? Das optische System unterhalb der Objektebene bildet – richtig eingestellt – das (scharfe) Bild der Leuchtfeldblende in eben der Höhe der Objektebene ab.

Wenn ich das richtig verstanden habe, ist damit (zumindest bei ein und demselben Präparat) die Höhenposition des Kondensors gewissermaßen gleichbleiben fix/richtig/auf Dauer korrekt eingestellt.

Abgesehen von feinsten Korrekturen aufgrund Aberrationen.

Ist das bitte auch der Grund, dass Mikroskop-Konstruktionen wie beispielsweise das ZEISS KF2 trotz der festen Höhe des Kondensors eine einwandfreie Abbildung von Präparaten zeigen?

Bekanntlich gibt es bei sehr schlichten Designs von Mikroskopen oft (falls überhaupt) auch nur eine feste Linse als Kondensor.

Bei dem ehemals weit verbreiteten Traveler (= NICHT gleich ein Bresser Biolux, bitte!) von Aldi ist das beispielsweise der Fall. Das – nebenbei bemerkt – mit z.B. einem Leitz Periplan 10 × versehen – verblüffend gut abbildet.

Wobei ich bitte bewusst das ZEISS KF2 erwähnt habe, das meiner Meinung nach nicht als simples Schüler-Instrument einzustufen ist. Oder?

Danke im Voraus, liebe Grüße


Jakob

Hallo Jakob,

ich kann Deinem Gedankengang nicht ganz folgen, der reicht bis zu einem schlichten Aldi-Mikroskop, das nach Deiner Bemerkung nur eine feste Linse als Kondensor hat und wohl insgesamt wenig mit einer Köhler-Beleuchtung zu tun hat. Das Zeiss KF2 besitzt nach meiner Kenntnis auch keine Leuchtfeldblende.

Ich kann nur wiederholen: Die richtige Einstellung erkennt man durch Blick in den Tubus auf die Objektivaustrittspupille. Und nur so lernt man sein Mikroskop kennen.  ;)

Hubert

Hallo Jakob,

nochmal zur Klarstellung: Das Thema der notwendigen Höhenjustierung des Kondensors je nach verwendetem Objektiv bezog sich nur auf den Fall, dass eine die Objektfeldausleuchtung begrenzende Leuchtfeldblende verwendet wird - und gleichzeitig der Kondensor eine signifikante sphärische Aberration aufweist. Dann hängt die optimale Ausleuchtung von Objektiven hoher NA von der Position des Kondensors ab.

Hubert

Zitat von: Lupus in Dezember 28, 2023, 10:11:43 VORMITTAGHallo Jakob,

nochmal zur Klarstellung: Das Thema der notwendigen Höhenjustierung des Kondensors je nach verwendetem Objektiv bezog sich nur auf den Fall, dass eine die Objektfeldausleuchtung begrenzende Leuchtfeldblende verwendet wird - und gleichzeitig der Kondensor eine signifikante sphärische Aberration aufweist. Dann hängt die optimale Ausleuchtung von Objektiven hoher NA von der Position des Kondensors ab.

Hubert

Hallo Hubert,

lieben Dank für Deine Erklärungen, das ist wirklich nett von Dir.

Und Du hast natürlich recht damit, dass mein Beitrag nicht wirklich nachvollziehbar ist. Ich habe mich da etwas verheddert ...

Wegen des Umstandes, dass eine ,,richtig eingestellte" Kondensorstellung (bei einem qualitativ hochwertigen Kondensor) für unterschiedliche Objektive gleichbleiben kann, bin ich irgendwie auf die (zumeist simpleren) Mikroskope gekommen, deren Kondensor nicht in der Höhe verstellbar ist.

Was das von mir erwähnte ZEISS KF2 angeht, ist  die Beschreibung in einer Druckschrift von ZEISS etwas verwirrend. Es wird nämlich erklärt, dass das KF2 eine Köhlersche Beleuchtung hat.

Genauer: Die Variante mit der 6V 5 Watt Beleuchtung (mein KF2 hat eine  mit 10 Watt, dürfte also verbessert worden sein).

Es gab auch noch eine sogen. ,,Lucigen"-Variante, bei der die Beleuchtung im Inneren des Kondensors sitzt und die Köhlerstellung anders realisiert wird ...

Dennoch ist (Abbildungen in der verlinkten Druckschrift) keine Leuchtfeldblende am Lichtaustritt erkennbar. Vielleicht gab es einschiebbare Scheibchen mit Blendenöffnungen?

https://www.mikroskop-online.de/Mikroskop%20BDA%20Zeiss%20West%20Scan%20Cabalja/Zeiss%20KF2.pdf

(S.8f)

Danke nochmals, Hubert, beste Grüße


Jakob

Does the kf2 have a diffuser at the condenser aperture level?
Grüße, Rene

Hallo Jakob,

ZitatWas das von mir erwähnte ZEISS KF2 angeht, ist  die Beschreibung in einer Druckschrift von ZEISS etwas verwirrend. Es wird nämlich erklärt, dass das KF2 eine Köhlersche Beleuchtung hat.

das ist ja einer der Gründe, warum ich das Thema der (histoischen!) kritischen und Köhler-Beleuchtung angesprochen habe. Mir scheint dass die nachfolgenden Generationen - auch bei Zeiss - die Begriffe, eventuell auch aus Gründen des Marketings, nicht mehr sauber verwenden. Heute gibt es bei Zeiss z.B. Full-Köhler und fixed Köhler. Ich frage mich was der Unsinn soll, wenn es dann wenigstens genauer erklärt wäre.  ::)

Das KF2 hat nach meinem Eindruck ziemlich sicher keine Leuchtfeldblende, die ist nämlich auch am Lichtaustritt an der dort geriffelten Einfassung, womit die Blende reguliert wird, erkennbar. Die Ausführungen im Prospekt zum "The 6V 5W low-voltage illuminator" beziehen sich eindeutig nur auf den Kondensor und die Aperturblende. Ein Kondensor mit Aperturblende hat aber nichts mit der Köhler-Beleuchtung an sich zu tun, das hat jedes ernstzunehmende Mikroskop.

ZitatEs gab auch noch eine sogen. ,,Lucigen"-Variante, bei der die Beleuchtung im Inneren des Kondensors sitzt und die Köhlerstellung anders realisiert wird

Die Lucigenbeleuchtung ist eine sogenannte kondensorlose Beleuchtung. Da wird einfach mittels Mattscheibe und Feldlinse eine diffuse Lichtfläche erzeugt und diese beleuchtet dann ohne Kondensor das Objekt. Vergleichbar mit einer improvisierten Beleuchtung, bei der man ein Stück weißes Papier auf den Lichtaustritt legt und dieses mit einer Lampe von der Seite anstrahlt (was sehr gut funktioniert, hat schon Robert Hooke im 17.Jh. so gemacht, und geht auch gut mit Sonnenlicht wenn man mit dem Mikroskop mobil unterwegs ist  ;) ).

Hubert
 

Zitat von: Rene in Dezember 28, 2023, 14:01:31 NACHMITTAGSDoes the kf2 have a diffuser at the condenser aperture level?
Grüße, Rene

Hello René!

My KF2 does not have a diffuser built into the condenser

There is only a swivelling lens for objective magnifications less than or equal to 10 ×.

However, I have read somewhere that there are KF2 microscopes that are supposed to have some form of diffuser implemented.

However, it could also be that the users built something like this themselves.

Unfortunately, I can't report anything else about diffusers on ZEISS KF2s.

But it is quite likely that someone from our forum will be able to explain this in more detail.

It is useful to know that the condenser of the KF2 is a different design to "conventional" condensers.

I am linking to a manual in which the KF2 condenser is described.

I also attach a screenshot (part of p. 3).

https://www.zeiss.com/content/dam/Microscopy/us/download/pdf/end-of-service/upright/upright-standard-kf2.pdf

Thank you, best regards

Jakob

Zitat von: Lupus in Dezember 28, 2023, 14:21:12 NACHMITTAGSHallo Jakob,

ZitatWas das von mir erwähnte ZEISS KF2 angeht, ist  die Beschreibung in einer Druckschrift von ZEISS etwas verwirrend. Es wird nämlich erklärt, dass das KF2 eine Köhlersche Beleuchtung hat.

das ist ja einer der Gründe, warum ich das Thema der (histoischen!) kritischen und Köhler-Beleuchtung angesprochen habe. Mir scheint dass die nachfolgenden Generationen - auch bei Zeiss - die Begriffe, eventuell auch aus Gründen des Marketings, nicht mehr sauber verwenden. Heute gibt es bei Zeiss z.B. Full-Köhler und fixed Köhler. Ich frage mich was der Unsinn soll, wenn es dann wenigstens genauer erklärt wäre.  ::)

Das KF2 hat nach meinem Eindruck ziemlich sicher keine Leuchtfeldblende, die ist nämlich auch am Lichtaustritt an der dort geriffelten Einfassung, womit die Blende reguliert wird, erkennbar. Die Ausführungen im Prospekt zum "The 6V 5W low-voltage illuminator" beziehen sich eindeutig nur auf den Kondensor und die Aperturblende. Ein Kondensor mit Aperturblende hat aber nichts mit der Köhler-Beleuchtung an sich zu tun, das hat jedes ernstzunehmende Mikroskop.

ZitatEs gab auch noch eine sogen. ,,Lucigen"-Variante, bei der die Beleuchtung im Inneren des Kondensors sitzt und die Köhlerstellung anders realisiert wird

Die Lucigenbeleuchtung ist eine sogenannte kondensorlose Beleuchtung. Da wird einfach mittels Mattscheibe und Feldlinse eine diffuse Lichtfläche erzeugt und diese beleuchtet dann ohne Kondensor das Objekt. Vergleichbar mit einer improvisierten Beleuchtung, bei der man ein Stück weißes Papier auf den Lichtaustritt legt und dieses mit einer Lampe von der Seite anstrahlt (was sehr gut funktioniert, hat schon Robert Hooke im 17.Jh. so gemacht, und geht auch gut mit Sonnenlicht wenn man mit dem Mikroskop mobil unterwegs ist  ;) ).

Hubert
 

Dankeschön Hubert!

Alles sehr nachvollziehbar und wissenswert.

Liebe Grüße

Jakob

---

Hallo Hubert,

ich war jetzt gerade im Wald:

Zitat2. die numerische Beleuchtungsapertur gleich der des Objektives sein sollte, oder je nach Objekt und Objektivqualität auf bis zu 3/4 der des Objektives abgeblendet werden durfte.

Ich dachte deshalb kurz, dass die Höhenverstellung des Kondensors auch die Apertur, also den BeleuchtungsKegel ändert. Und dass dieser so eingestellt werden muss, dass er der Apertur des Objektivs entspricht.

Zitatda der Winkel des Beleuchtungskegels durch die Aperturblende bestimmt wird

Die Apertur/der Beleuchtungswinkel scheint fest zu sein unabhängig von der Höhe des Kondensors.
Ausgenommen wenn man vielleicht Öl benutzt(anderes Thema).

Den Lichtstrahl vom Kondensor kann man sichtbar machen, wenn man ein Blatt Papier auf einen Objektträger klebt und schräg stellt.
Oder auf den Tisch auflegt, darauf scharf stellt und den Leuchtfleck auch scharf stellt über die Kondensorhöhe, das entspricht auch der scharf gestellten Leuchfeldblende. Das Papier anheben und absenken. Dann kann man den Beleuchtungskegel nachvollziehen.

Obwohl - ich habe einen Abbe-Kondensor mit einer numerischen Apertur n.A. von 1,25, dann sollte ich doch überhaupt keinen Kegel sehen? Scheint so zu sein.
Aperturblende offen, Vollausleuchtung, ist zu erwarten bei Apertur > 1

Wirkung der Aperturblende auf die "Apertur"/Konus/Lichtkegel vom Kondensor
2023-12-28 15_51_30-Medienbetrachter.jpg

Aperturblende mehr geschlossen, Konus wird sichtbar
2023-12-28 15_51_40-Medienbetrachter.jpg

Aperturblende noch mehr geschlossen, Konus wird enger
2023-12-28 15_51_47-Medienbetrachter.jpg

Aperturblende noch mehr geschlossen, Konus wird parallel.
2023-12-28 15_53_48-Medienbetrachter.jpg


Auswirkung auf die Apertur, wenn der Kondensor in der Höhe verändert wird

Kondensor Apertur/Kondensorblende leicht zugezogen
2023-12-28 15_51_58-Medienbetrachter.jpg

Kondensor Apertur/Kondensorblende leicht zugezogen und abgesenkt. Winkel bleibt
2023-12-28 15_52_05-Medienbetrachter.jpg

Wird die Leuchtfeldblende zugezogen, dann nimmt die Helligkeit ab und auch der Punkt wird kleiner wenn der Objektträger mit dem Papier auf dem Tisch liegt.

Liebe Grüße
Rudolf

Hallo,

hier noch ein paar Quellen:

Christian Linkenheld
http://www.mikroskopie.de/kurse/apertur.htm
2023-12-28 14_21_35-Numerische Apertur und Auflösung in der Mikroskopie – Mozilla Firefox.jpg

2023-12-28 14_21_46-Numerische Apertur und Auflösung in der Mikroskopie – Mozilla Firefox.jpg

Zitat2. die numerische Beleuchtungsapertur gleich der des Objektives sein sollte, oder je nach Objekt und Objektivqualität auf bis zu 3/4 der des Objektives abgeblendet werden durfte.

--> Also paßt die Aperturblende die zu hohe Apertur des Kondensors an die Apertur des Objektivs an.

siehe auch
Christian Linkenheld: Theoretische Grundlagen der Köhlerischen Beleuchtung
http://www.mikroskopie.de/kurse/navigation/beleuchtung/kurs.htm


K.Henkel: Köhlersche Beleuchtung mit schwachen Objektiven
http://www.klaus-henkel.de/koehlerausleucht.html

dazu folgende Beobachtung:
Beleuchtungskegel zu klein für ein schwach vergrößerndes Objektiv
2023-12-28 15_53_48-Medienbetrachter.jpg

eingeklappte Zerstreuungslinse für schwache Objektive.
--> Vergrößerung des Beleuchtungskegels
Bei Zeiss ist das anders, da klappt man die Linse aus.
2023-12-28 15_52_05-Medienbetrachter.jpg


K. Henkel:Das Beleuchtungsprinzip nach Köhler
http://www.klaus-henkel.de/koehler.html

Was hier schön beschrieben ist, wie die beiden Strahlengänge(Luke + Pupille) zu einem homogen weißen Hintergrundbild führen. Damit leuchtet eine Glühwendel eine Fläche und zwar auf Objektebene vollkommen gleichmäßig aus.
Für mich eine der schönsten Aha-Erlebnisse, theoretisch und wenn ich durchs Mikroskop schaue.

Bei der Lukenstrahlung auf den Pfeil achten. Wo taucht der überall auf.
Bei der Pupillenstrahlung auf die Glühwendel achten. Wo taucht die überall auf.

Wie kommt die gleichmäßige weiße Ausleuchtung zu stande:
Bei der Lukenstrahlung: Die ganze Glühwendel wird auf einen Punkte des Objekts abgebildet.
Und das für alle Punkte des Objekts. Ich stelle mir unendlich viele kleine Glühwendeln vor.

Bei der Pupillenstrahlung: Wird ein Punkt der Glühwendel auf alle Punkte des Objekts abgebildet
Und das für alle Punkte der Glühwendel.
Der perfekte Diffusor.



Göke, G: Nelson- und Köhler-Beleuchtung und davon abgeleitete Beleuchtungsverfahren,
Kurzzeitfotografie in Natur und Studio (https://www.zobodat.at/publikation_volumes.php?id=42983)

Zitat von: rlu in Dezember 28, 2023, 16:52:24 NACHMITTAGSHallo,

hier noch ein paar Quellen:

[...]

http://www.klaus-henkel.de/koehler.html
Das Beleuchtungsprinzip nach Köhler

Was hier schön beschrieben ist, wie die beiden Strahlengänge(Luke + Pupille) zu einem homogen weißen Hintergrundbild führen. Damit leuchtet eine Glühwendel eine Fläche und zwar auf Objektebene vollkommen gleichmäßig aus.
Für mich eine der schönsten Aha-Erlebnisse, theoretisch und wenn ich durchs Mikroskop schaue.

Hallo Rudolf, hallo liebe Runde,

ja, das Konzept für das Beleuchtungsprinzip ist tatsächlich eine ausgesprochen klug ersonnene Sache.
Es ist faszinierend, was für geniale Köpfe ZEISS schon seinerzeit ,,im Team" hatte.

Und: Herr Henkel hatte die Fähigkeit, (auch) solche Zusammenhänge sehr gut verständlich zu erklären. Ob in der Fibel oder in anderen von ihm stammenden Quellen. Nicht selten auch noch mit einer persönlichen Note, die man in etwa als ,,geradlinig mit einer Prise Humor" beschreiben kann.

Übrigens: Deine Idee, den Lichtkegel mit einem Stückchen Papier sichtbar zu machen, ist wirklich gut, weil sehr einfach.

Ich wollte Ähnliches mit sauber aufgestapelten Objektträgern ausprobieren. Könnte sein, dass dies auch anschaulich wäre.

Mit seinem gehaltvollen Beitrag hat Hubert auch bei mir dazu geführt, dass ich mir diese Prinzipien in aller Ruhe noch einmal genau betrachte. Ein wenig Experimentieren ist dabei auch angesagt.

Heute werde ich vergleichen, wie das Abbild einer Leuchtfeldblende mit unterschiedlichen Kondensoren aussieht. Aplanatisch vs. andere Bauarten. Usw.  ;) 

Liebe Grüße

Jakob

Hallo,

ich möchte zu den zwei positiven Kernaussagen von Nelson zu Abbe in dem Beitrag von Stefan/purkinje noch mal nachfragen:
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?msg=353058

Nelson:" Ich betrachte folgende Tatsachen als grundlegende Wahrheiten der Mikroskopie."


Nelson: "Ich möchte an dieser Stelle klarstellen, dass ich in diesem Aufsatz nicht die brillante Entdeckung von Prof. Abbe angreife":
1. Das Bild im Mikroskop entsteht durch die Wiedervereinigung von Strahlen, die durch Beugung gestreut wurden."
Was meint er damit? Ist es das?
2024-01-02 10_17_26-Geometrische Optik_Mikroskop_02_Handout.pptx - Microsoft PowerPoint.jpg

https://www.walter-fendt.de/html5/phde/imageconverginglens_de.htm

Nelson: "Ich stelle (auch) nicht sein weitaus brillanteres Experiment in Frage:"

2. Es zeigt die Verdoppelung der Struktur, wenn die  Spektren zweiter Ordnung zugelassen werden, während die der ersten Ordnung ausgeblendet werden.
Was meint er damit? Ist es das? Ich bin mir nicht sicher.  ???

2024-01-02 10_19_32-Diffraktionsversuche November 1016 Website.pdf - Adobe Acrobat Reader (32-bit).jpg
Jürgen Stahlschmidt, November 2016, Versuche mit dem Diffraktionsapparat zur Theorie der mikroskopischen Bildentstehung

Ich interpretiere das so: Im Strahlengang hinter dem Objektiv gibt es einen FourierRaum"=schwarzes Bild(affinity photo)/
das ist vermutlich die erste Ordnung. Indem ich diesen Raum manipuliere, nehme ich Einfluß auf das entstehende reale Bild = zweite Ordnung(Clown).

Nelson liest sich aber anders. Er spricht von einer Verdoppelung der Struktur.


Manipulation des Fourierraums mit Auswirkungen auf das reale Bild
2024-01-02 10_39_06-Dokument30 - Microsoft Word.jpg

2024-01-02 10_41_43-Dokument30 - Microsoft Word.jpg


Liebe Grüße
Rudolf

Hallo Rudolf,

Zitat1. Das Bild im Mikroskop entsteht durch die Wiedervereinigung von Strahlen, die durch Beugung gestreut wurden."
Was meint er damit? Ist es das?

Nein, die Grafik zeigt die Bildentstehung durch die sog. Strahlenoptik. Da wird die Lichtausbreitung in Form von einzelnen geraden Lichtstrahlen dargestellt. Die Beugungstheorie geht von der kugelförmigen Lichtausbreitung in Form von Wellen aus. Die Bezeichnung "rays" durch Nelson ist insofern irreführend.

Zitat2. Es zeigt die Verdoppelung der Struktur, wenn die  Spektren zweiter Ordnung zugelassen werden, während die der ersten Ordnung ausgeblendet werden.
Was meint er damit?

Damit ist ein ganz spezielles Ergebnis der praktischen Abbeschen Beugungsexperimente gemeint: Er hat die Beugung mit optischen Gittern als Objekte demonstriert, dadurch entstehen (im Gegensatz zu einem beliebigen "normalen" Objekt) sauber getrennte Beugungsordnungen mit gleichem Abstand in der hinteren Brennebene des Objektives. Wenn man nun die beiden 1. Ordnungen ausblendet und nur die nullte und die beiden 2. Ordnungen zur Bildentstehung verwendet, erscheint das Gitterbild plötzlich mit der doppelten Anzahl von Gitterlinien. Die Information zur Rekonstruktion des originalen Gitterabstandes steckt in der 1. Ordnung, die fehlt jetzt.

Hubert

Hallo Hubert,

ZitatDie Beugungstheorie geht von der kugelförmigen Lichtausbreitung in Form von Wellen aus. Die Bezeichnung "rays" durch Nelson ist insofern irreführend.

Was meint er dann?

1. hat die Beugungstheorie ein Erklärungsmodell, wie Wellen wiedervereinigt werden? In der Strahlenoptik kann ich das nachvollziehen. Wie kann ich das einordnen?

Streuung.jpg

2. Diesen Versuch von Abbe kannte ich nicht. Die erste Ordnung soll die Information der Gitterabstände enthalten. Bisher habe ich gesehen, dass durch Löschung, die Auflösung verringert und wiederkehrende Muster entfernt werden können. Wo findet man die Ordnungen im Fourierraum? Beim Doppelspaltversuch ist das klar. O-te in der Mitte, 1-te Ordnung links und rechts daneben usw.
Wo wäre im FourierRaum die 1-te Ordnung?

2024-01-02 10_40_00-FFT Denoise.jpg



Liebe Grüße
Rudolf

> . hat die Beugungstheorie ein Erklärungsmodell, wie Wellen wiedervereinigt werden? In der Strahlenoptik kann ich das nachvollziehen. Wie kann ich das einordnen?

Ja, natürlich. Jeder Punkt ist Ausgang einer Elementarwelle, die in der Bildebene (wenn es eine ebene ist) phasenrichtig zusammenfallen. Daraus ergibt sich das Bild.

Am einfachsten Nachrechnen lässt sich das für einen optischen Spalt oder ein Gitter, auch Parobolspiegel sind nicht kompliziert.

Linsenkombinationen erfordern an jeder Fläche neue Sätze von Elementarwellen. Das ist zwar auch nicht weiter kompliziert im Sinne von schwer zu verstehen. Rechnet aber ewig.

Hallo Rudolf,

Zitat von: rlu in Januar 02, 2024, 10:50:43 VORMITTAGEs zeigt die Verdoppelung der Struktur, wenn die  Spektren zweiter Ordnung zugelassen werden, während die der ersten Ordnung ausgeblendet werden.

Zwar demonstriert Evennett dies nicht explizit, aber kurz bevor er zentrales Dunkelfeld zeigt deckt er eher zufällig eine der ersten Ordnungen des weiteren Lininengitters (unten) ab und es zeigt sich die Verdopplung ab 3:05


Beste Grüße Stefan

Hallo Rudolf,

ZitatWas meint er dann?
1. hat die Beugungstheorie ein Erklärungsmodell, wie Wellen wiedervereinigt werden? In der Strahlenoptik kann ich das nachvollziehen. Wie kann ich das einordnen?

Ich gehe davon aus dass Nelson das Huygenssche Prinzip zur Wellenausbreitung gekannt hat. Lediglich die Bezeichnung "ray", also Strahl, passt begrifflich nicht zur Wellentheorie. Diese (vereinfachte) Wellentheorie geht davon aus, dass eine sich ausbreitende z.B. ebene Wellenfront an jeder Stelle der Front aus einer sich ausbreitenden Kugelwelle besteht, die in Phase mit den benachbarten Kugelwellen ist. Diese bilden zusammen dann zu einem späteren Zeitpunkt wieder die gleiche ebene, aber fortgeschrittene Wellenfront. Wenn so eine Wellenfront auf eine Glasfläche trifft breiten sich die Kugelwellen durch den höheren Brechungsindex darin mit kürzerer Wellenlänge aus, die Welle ändert entsprechend den Winkel. Die gelben Punkte im folgenden Bild stellen die Zentren der an der Glasoberfäche von der einfallenden Wellenfront der ebenen Welle ausgehenden Kugelwellen kürzerer Wellenlänge dar.
(z.B. https://de.wikipedia.org/wiki/Huygenssches_Prinzip)

(https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b7/Refraction_-_Huygens-Fresnel_principle.svg/440px-Refraction_-_Huygens-Fresnel_principle.svg.png)

Eine bewegte Simulation der Wellenausbreitung sieht so aus (das Glas ist der dunkelblaue Bereich unten, ein Teil der Welle wird wie auch in der Realität nach rechts oben reflektiert):
Wellensimulation Brechung (https://www.falstad.com/ripple/Ripple.html?rol=$+3+906+113+0+1+565+1.5625e-8%0Am+0+-198+453+1102+1102+0+0.25%0AS+3+1+224+302+-1+2+0.699999+0+75+150+1+0%0A)

Wenn diese Glasfläche eine gekrümmte Linsenfläche darstellt, bilden die benachbarten Kugelwellen zusammen keine ebene Wellenfront mehr, sondern wegen der jetzt jeweils unterschiedlich lange durchlaufenen Glasstrecke eine kreisförmig gekrümmte Wellenfront die (durch die sphärische Aberration nahezu) auf einen Punkt zuläuft. Bei einer ebenen einfallenden Welle wäre das der Linsenbrennpunkt. Die Wellenausbreitung sieht in der Simulation jetzt so aus:
Wellensimulation Linsenbrennpunkt (https://www.falstad.com/ripple/Ripple.html?rol=$+3+946+118+0+1+496+1.5625e-8%0AS+2+0+1+944+1+0+1.166665+0+10+100+1+0%0Aw+0+-92+212+199+212%0Aw+0+703+210+995+210%0Al+0+197+208+715+275+-3.141592653589793+0.25%0A)

Zitat2. Diesen Versuch von Abbe kannte ich nicht.

Jürgen (Stahlschmid) hat auf seiner Homepage über die Abbeschen Diffraktionsversuche eine informative Präsentation erstellt. Auf den Seiten 31-34 wird dieser Effekt der Gitterverdopplung durch Ausfilterung der 1. Ordnung und Durchlass nur der 2.Ordnung (einschließlich 0. Ordnung) gezeigt:

Versuche mit dem Diffraktionsapparat zur Theorie der mikroskopischen Bildentstehung nach Prof. Ernst Abbe (http://mikroskoptechnik-hagen.de/pdf/Diffraktionsversuche%20November%201016%20Website.pdf)

ZitatDie erste Ordnung soll die Information der Gitterabstände enthalten. Bisher habe ich gesehen, dass durch Löschung, die Auflösung verringert und wiederkehrende Muster entfernt werden können. Wo findet man die Ordnungen im Fourierraum?

Die Filterung des Frequenzspektrums bei der Bildverarbeitung kann man vom Erscheinungsbild nicht mit dem Abbeschen Diffraktionsversuch vergleichen. Ich hatte schon im vorangegangenen Beitrag betont, dass der von Abbe verwendete Spezialfall mit einem Beugungsgitter als Objekt nicht zu verallgemeinern ist. Denn sauber getrennte Beugungsspektren gibt es nur bei exakt sich periodisch wiederholenden Objektstrukturen (oder statistisch verteilten Strukturen mit gleicher Größe, z.B. ein Präparat mit Blutkörperchen). Das Beugungsspektrum eines beliebigen Objektes enthält keine Beugungsordnungen sondern (je nach Objekt) eine mehr oder weniger statistische Verteilung der "beugenden" Feinstruktur des Objektes.

Hubert