Phasenkontrast ?

[Thilo Bauer]

Es gibt eine Reihe von Definitionen oder Abwandlungen des "Phasenkontrasts". Anders ausgedrückt, der Terminus ist nicht genau festgelegt. Die häufigste (kommerziell) vertretene Form ist die des Zernike Phasenkontrasts. Einige Varianten sind leider etwas abstrakt hier beschrieben:

http://www.uni-giessen.de/~gi38/publica/mikros/lichtmikroskopie.pdf

Ferner berichtet Jörg Piper bereits über weitere Abwandlungen, die etwas aufwendiger erscheinen, den sogenannten Relief Phasenkontrast bzw. abgeblendeten Phasenkontrast:

http://www.relief-phasenkontrast.de/
http://www.joerg-piper.de/Abgeblendeter_Phasenkontrast/abgeblendeter_phasenkontrast.html

Inwieweit diese Verfahren "Verbesserungen" der Abbildung liefern ist vom jeweils betrachteten Objekt abhängig.

Zwar sind die Verfahren halbwegs gut auch physikalisch erklärbar, doch kann man ebenso von esoterischen Verbesserungen sprechen, da die Ergebnisse nur dann vorhersagbar sind, wenn das beobachtete Objekt bekannt ist. Das macht die Interpretation der beobachteten Strukturen umgekehrt etwas schwerer.

Mir persönlich gefällt das verbleibende, kreative Restpotential und die Fähigkeit auch schwache Unterschiede des Brechungsindex sichtbar zu machen. Für lebende Organismen ist das eigentlich unverzichtbar. Wenn auch die Wärme im Präparat selbst im Phasenkontrast erheblich sein dürfte und sich auf Dauer auch auf die Organismen auswirkt. Nachteil des Phasenkontrasts ist ja eher die fehlende Tiefenschärfe.

Kurz gesagt: Ja, ich denke, das Ergebnis kann sich sehen lassen!

Mir gefällt der reliefartige Charakter des letzten Photos gut, da er dem Bild durch eine gewisse Asymmetrie des Halos Leben einhaucht. Die Strukturen sind gut erkennbar. Letzteres ist ja das, woraus es dem Betrachter in dem Moment vermutlich ankommt.

Beste Grüße

Thilo Bauer

PS: Als Maß des Erfolgs würde ich die gute Abbildung der Geißeln neben dem Kontrast der Zellorganellen nehmen. Hier hat man ja eher Probleme diese bei der begrenzten Tiefenschärfe im Phako gleichzeitig scharf abzubilden - insbesondere beim 100er Objektiv. Die Zellen der Protozoen wirken hier ja gerne wie eine Linse und machen einem das Leben schwer, Geißeln oder Wimpern gleichzeitig mit den Organellen innerhalb der Zelle in eine Schärfeebene zu bekommen. Ich wäre da eher positiv gestimmt über eine solche Aufnahme.

[olaf.med]

Lieber Bernd, lieber Bernhard,

ich schließe mich eueren Ausführungen vollständig an! Ich habe mal wieder nur diagonal gelesen und verpaßt, dass ja ein wirkliches Phasenkontrast-Objektiv, und damit ein echter Phasenring, benutzt wurde. Entschuldigung, werde versuchen mich zu bessern!

Beleuchtungsseitig kann man natürlich problemlos basteln, solange man richtig auf den Phasenring abbildet.

Herzliche Grüße,

Olaf

[Nomarski]

Lieber Olaf,

Entschuldigung, werde versuchen mich zu bessern!

Noch besser? geht das überhaupt noch?
Du brauchst dich doch nicht zu entschuldigen, es kann ja immer mal vorkommen, daß man beim Querlesen etwas nicht berücksichtigt. Mit der problemlosen Bastelei auf der Beleuchtungsseite klappt es auch nur bedingt. Sicherlich müssen für die Abbildung des Phasenringes die Maße eingehalten werden, aber das wird mit zunehmender Kondensorapertur immer schwieriger. So ist die Phase 1 für den 1,4er Kondensor schon ein Unterfangen, das sich mit Scheibchen und Röhrchen Abstechen auf der Drehmaschine nicht mehr so ordentlich hinbekommen lässt.

Viele Grüße
Bernd

[smashIt]

mal eine generelle frage zum phasenkontrast:

warum verwendet man nicht mehrere ringe gleichzeitig?
wenn ich mich bei zeiss so im onlineshop durchklicke haben die in ihren objektiven eh nur 3 grössen des phasenrings verbaut
was spricht allso dagegen die 3 zu kombinieren (allso nur noch eine blende mit 3 konzentrischen ringen im kondensor) und je nach apertur des objektives dieses mit 1-3 phasenringen auszustatten?
nicht benötigte ringe könnte man dann im kondensor mittels der aperturblende ausblenden (oder auch nicht wenn man PH+DF will)

[Nomarski]

Hallo,

was spricht allso dagegen die 3 zu kombinieren (allso nur noch eine blende mit 3 konzentrischen ringen im kondensor) und je nach apertur des objektives dieses mit 1-3 phasenringen auszustatten?

es lässt sich zwar dann der äußere Phasenring mit einer Iris wegblenden, aber es wird dann schwierig nur den äußeren oder den mittleren Ring wirken zu lassen.
Oder man nimmt einen Pankraten, bei dem kommt man auch mit einer einzigen Phasenblende aus. Beim Heine-Kondensor funktioniert das ähnlich.

VG
Bernd

[smashIt]

warum sollten die inneren ringe stören solang der entsprechende phasenring im objektiv vorhanden ist?

[Nomarski]

warum sollten die inneren ringe stören solang der entsprechende phasenring im objektiv vorhanden ist?

das wirst du schon merken, wenn wenn du z.B. ein Objektiv für Phase 2 hast und eine Phasenblende für Phase 1 oder Phase 3 nimmst.
Einen Phasenkontrast wirst du jedenfalls nicht bekommen, allenfalls ein Dunkelfeld oder Grenzdunkelfeld, was von der Apertur des Objektives abhängt.

[smashIt]

da hast du mich falsch verstanden
mir geht es um folgenden aufbau:
im kondensor die ringblenden ph1 + ph2 + ph3, wobei man von aussen her mittels der aperturblende ringe ausblenden kann (damit z.b. nur ph1 + ph2 übrig bleibt)
im objektiv entsprechend der apertur auch bis zu 3 ringe.

wenn ich allso ein objektiv habe bei dem nur ph1 und ph2 platz haben hat es auch nur diese 2 ringe, und ich müsste im kondensor nur den ph3 ausblenden

[Nomarski]

im objektiv entsprechend der apertur auch bis zu 3 ringe.

Entschuldige mal, aber so ein Objektiv mit mehreren Phasenringen kenne ich nicht und sowas wird es wohl auch nicht geben.
Man könnte zwar theoretisch so etwas herstellen und es wäre auch mal bestimmt interessant zu sehen, wie der Kontrast dabei ausfällt. Aber Phasenringe selber aufdampfen ist eben nicht so einfach wie eine Blende zu basteln.

[Piper]

Hallo,

es gibt bzw. gab durchaus Phasenkontrast-Objektive mit mehreren konzentrischen Phasenringen. Carl Zeiss Jena (CZJ) hatte für die Mikroval-Serie eine Phasenkontrast-Einrichtung entwickelt, basierend auf zwei konzentrischen Phasenringen in der hinteren Objektivbrennebene, einem breiteren äußeren und einem schmäleren inneren Ring. Der Kondensor verfügte über zwei konzentrische ringförmige Lichtdurchlässe, welche sich optisch kongruent zu den beiden Phasenringen verhielten. Wenn die Aperturblende des Kondensors so weit geschlossen wurde, dass der äußere Lichtdurchlass abgedeckt wurde, resultierte der sog. "strenge" Phasenkontrast, basierend auf einem sehr schmalen Phasenring und einem entsprechend schmalen Lichtdurchlass. Wenn beide Lichtringe frei gegeben wurden, entstand "weniger strenger" Phasenkontrast.

Der "weniger strenge" Phasenkontrast ergibt einen Kontrasteffekt, welcher dem allgemein bekannten weitgehend gleicht. Der "strenge" Phasenkontrast führt zu höherem Kontrast, so dass sich Phasenobjekte dunkler vom Untergrund abheben. Zusätzlich liegt die Schärfentiefe ein wenig höher, da die Beleuchtungsapertur kleiner ist. Feine Randkonturen können ggf. deutlicher akzentuiert, Halo-Säume etwas schmaler sein. Dafür liegt die laterale Auflösung entsprechend der reduzierten Beleuchtungsapertur etwas niedriger.

Ich habe diesen Phasenkontrast von CZJ praktisch testen können, und nach meinem persönlichen Eindruck können im strengen Phasenkontrast objektabhängig in Nuancen feine Details in Phasenobjekten gelegendlich "besser" erkannt werden. Dennoch sind die Effekte m.E. eher marginal. Und der "nicht strenge" Phasenkontrast ist nicht besser als herkömmlicher Phasenkontrast, basierend auf einem Phasenring.

Von Olympus gab es Phasenkontrast-Objektive mit bis zu drei konzentrischen Phasenringen, welche für unterschiedliche Spielarten des Phasenkontrasts ausgelegt waren (positiver, negativer und höher kontrastierter Phasenkontrast). Im Kondensor konnten dementsprechend drei unterschiedlich große Lichtringe gewählt werden, so dass jeder der Phasenringe separat angesteuert werden konnte. So ließ sich mit ein und dem selben Objektiv Phasenkontrast in unterschiedlichen Varianten realisieren.  M.W. hat sich dieses Konzept letztlich nicht durchgesetzt, da mehrfach eingebrachte Phasenringe naturgemäß die Qualität des Bildes eher verschlechtern als verbessern. Schließlich wird für jede Variante nur ein Phasenring gebraucht.

Fazit: Solche Objektive gab es zwar, aber die handfesten Vorteile sind fraglich.

Schöne Grüße
J. Piper

[Werner]

Danke Piper!

Ich hatte solche Objektive mal als Beifang bekommen und konnte mir den Sinn der zwei Phasenringe nicht vorstellen.

Gruß   -   Werner

[Jürgen Boschert]

Hallo Chris,

ich glaube, Du bist falsch verstanden worden. Du meintest doch nicht Objektive mit mehreren Phasenringen, sondern eine Kondensorblende, die mehrere Ringblenden konzentrisch vereint, sodass im Kondensor kein Revolver für mehrere Ringblenden erforderlich ist. Du wolltest mittels der Kondensor- / Aperturblende jeweils den / die Äußeren Ringe ausblenden, die nicht gebraucht werden. Das scheint mir nicht das Problem zu sein; der Ring mit der jeweils nächst größeren Apertur wird beim aperturschwächeren Objektiv eh´ nicht mehr in der hinteren Brennebene wirksam. Eine Problematik ergibt sich m.E. eher bei Benutzung von Ph-Objektiven höherer Aperturen; denn bei ihnen werden ja auch die jeweils innen liegenden Ringblenden in der hinteren Brennebene des Objektives abgebildet; da diese inneren Ringblenden nun direktes Licht durchlassen (das nicht durch den PH-Ring geht), entsteht so ein aufgehelltes, verwaschen wirkendes Phasenkontrastbild. Man bräuchte also eine Irisblende, die von zentral nach peripher schließt, damit die inneren Ringblenden abgedeckt werden können. Solche Blendenkonstruktionen gab es übrigens wirklich, habe auch ein einziges Mal solch ein Blende in der Bucht angeboten gesehen.

Übrigens werden bei der Zeiss-Jena Phv-Einrichtung tatsächlich Ringblenden mit 2 Durchmessern auf einer Blendenscheibe benutzt (s. Beitrag von Jörg Piper).

Zusätzlich zu den von Jörg Piper angeführten Systemen hat auch PZO einen variablen Phasenkontrast nach Pluta angeboten, der einen kontinuierlichen Übergang vom positiven zum negativen Ph-Kontrast zuließ. Die Objektive hatten dabei zwei unterschiedlich stark verzögernde Ph-Ringe, die entsprechenden Doppel-Ringblenden im Kondensor enthielten zueinander senkrecht orientierte Pol-Filterringe ; mit einem unterhalb des Kondensors angebrachten linearen Polfilter war dann eben ein kontinuierlicher Übergang möglich. Das System wird gelegntlich in der Bucht angeboten.

Beste Grüße !

JB

[smashIt]

danke an piper und jürgen!

da hats allso doch schon einiges in der richtung gegeben

und ja, mir gings dabei hauptsächlich um die einsparung von den teuren kondensoren bzw vieler schieber