Vergrößerungsoptik für Tintenstrahltropfen gesucht

[Rainer Kesselschläger]

Hallo zusammen.

Ich habe ein etwas ungewöhnliches Vorhaben, das zwar viel mit Mikroskopie zu tun hat, aber nicht im üblichen Sinne, also es werden keine Proben geschnitten und es wird auch kein Objekt auf einem Objektträger befestigt. Darum hoffe ich, hier bei euch etwas Hilfe zu finden. Ich beschreib's am besten mal.

Folgendes Experiment:
Ein Tintenstrahldruckkopf wird so gesteuert, dass im "richtigen Moment" hinter einem ausgeschossenen Tintentropfen eine LED aufblitzt, sodass man quasi den Tropfen für einen kurzen Moment von hinten beleuchtet und somit ein Standbild bekommt. In der Art eines Stroboskopes.
Die elektronische Realisierung ist auch kein Problem, das bekomme ich hin.

Nur mit der Optik hapert es. Ich kenne mich einfach nicht gut genug aus, um eine Idee zu bekommen, was man dafür wohl braucht. Ich habe schon viel im Forum gesucht, mir auch die Mikrofibel durchgelesen, aber so wirklich hilft mir das in dem Fall nicht.

Problem: Welche Art Optik kann man für solch ein Vorhaben wohl einsetzen? Ich meine, ein übliches Mikroskop ist ja quasi für "Tischbetrieb" gebaut - man stellt es auf den Tisch und legt ein Objekt ein. Aber der Tintentropfen fliegt ja am Objektiv vorbei (von oben nach unten), und ich kann auch keinen geringen Objekt-Abstand erreichen im Millimeterbereich (da ist die Kante des Druckkopfes im Wege). Die kürzeste Entfernung wäre wohl etwas über 10mm, vielleicht 12.

Gibt es so etwas? Eine Art "Vergrößerungsrohr"?
Ein Tinten-Tropfen selbst hat eine Größe von ca. 50µm, den sollte man noch gut sehen können, also zumindest von der Kontur her. Vielleicht ca. 10% des Sichtfeldes füllen, oder auch weniger.

Allgemeine Begriffe wie Objektiv, Okular, Achromat, Apochromat, förderliche Vergrößerung etc. sind mir nach einigem Lesen nun zwar schon klar, aber welche ein Gerät für soetwas überhaupt in Frage käme, da steh ich noch auf dem Schlauch. Vielleicht fehlt mir auch nur der passende Begriff. Gibt es sowas überhaupt, und wie würde man das dann nennen? Ebenfalls Mikroskop?

Vielleicht habt ihr ja ein paar Ideen, wie sowas heißt, oder zumindest wo man sich genauer erkundigen könnte (Hersteller, Anbieter).
Ich hab's schon bei meinem Optiker vor Ort probiert, aber der kennt sich irgendwie nur mit Brillen gut aus.

Danke erstmal für's Lesen, ich weiß nicht wen ich sonst fragen sollte.

Viele Grüße,
Rainer

[JB]

Hallo Reiner,

Wenn Sie mit Google etc. nach inkjet / droplet / video suchen finden Sie einige Zeitschriftenartikel in denen solche Aufnahmen schon gemacht wurden. Es lohnt sich sicher bei den Autoren nachzufragen um Hilfe zu bekommen!

zB. T.R. Tuladhar, M.R. Mackley, Filament stretching rheometry and break-up behaviour of low viscosity polymer solutions and inkjet fluids, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, Volume 148, Issues 1–3, 17 January 2008, Pages 97-108, ISSN 0377-0257, 10.1016/j.jnnfm.2007.04.015.
(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0377025707000973)

Sogar kommerzielle Systeme gibt es dafuer: http://jetxpert.com/

Die Optik war in beiden Faellen sehr einfach aufgebaut: Makroobjektive 6:1 oder 7:1 (was auch immer das bedeutet). Damit kommen Sie auf grosse Arbeitsabstaende (working distance).

Beste Gruesse,

Jon

[Kurt Wirz]

Hallo

Mitutoyo bietet in etwa so etwas an, Objektive mit extrem hoher Arbeitsdistanz, siehe:
1. Einbaumikroskop zur Integration im Maschinen und Systeme VMU.
http://www2.mitutoyo.de/fileadmin/user_upload/pdf/prospekte/optische_messgeraete/Einbaumikroskope_PR1299.pdf

Gut Licht

Kurt

[Rainer Kesselschläger]

Hallo Jon,

das ist ja fantastisch. Genau sowas hatte ich gesucht.
Der Artikel scheint sehr interessant zu sein, und der Link zu jetxpert ist wohl genau die Art Hersteller, den ich suchte. Mal schauen oder anfragen, was sowas dann kostet...
Vielen lieben Dank!

Ich begebe mich mal auf die Suche nach weiteren Suchergebnissen in Google. Die Suchworte waren das Puzzlesteinchen, das mir fehlte.

Danke auch an Kurt; der Begriff "Objektive mit großem Arbeitsabstand" ist auch sehr gut passend.
Mitutoyo könnte etwas passendes haben, muss mich jetzt aber erst noch weiter schlau machen und ein paar Berechnungen anstellen.

Danke und Gruß

[Johannes Kropiunig]

Hallo Rainer,

darf ich nach dem Warum fragen ?

Viele Grüße,
Johannes

[Rainer Kesselschläger]

Hallo Johannes,
klar darfst Du fragen.

Ich baue mit ein paar Leuten zusammen einen großen Tintenstrahldrucker. Und da sich abhängig von der eingefüllten Tinte (verschiedene Viskositäten etc.) der Ausstoß des Tropfens jedesmal verändert, möchte ich eben den Tropfen schon beim Austritt der Düse sehen können, um die Parameter der Düse (Spannung, Pulslänge, Pulsform) so anpassen zu können, dass ein guter Tropfen entsteht; weder langgezogen, noch zersprüht, oder sonstwie verformt. Später auf dem Papier kann man das nicht wirklich noch gut erkennen, was ein guter Tropfen *hicks* war.


Ich habe auch noch eine Frage, was den Vergrößerungsfaktor betrifft.
Wie man ihn aus gegebenem Objektiv und Okular berechnet, ist mir klar. Aber welche Vergrößerung brauche ich, damit so ein 50µm-Tropfen ca. 10% des Sichtfeldes (eindimensional gesehen) ausfüllt?

Einigermaßen verstanden habe ich, dass der Vergrößerungsfaktor quasi angibt, wieviel größer ich ein Objekt sehe bezogen auf einen normalen Betrachtungsabstand von 25 cm. Also wenn ein Objekt 50µm groß ist, und das Mikroskop einen Vergrößerungsfaktor von 100 hat (z.B. Objektiv 25x, Okular 4x), ich dann das Objekt so groß sehe wie ein 50µm*100 = 5mm großes Objekt in 25cm Entfernung. (Stimmt doch so, oder?)

Allerdings gibt's da ja noch das Sichtfeld. Wie groß ist denn ein Sichtfeld bei üblichen Mikroskopen? Und gibt man das als umgerechneten Kreisdurchmesser an bezogen auf normalen Betrachtungsabstand von 25cm, oder als Winkel?





Gruß, Rainer

[Detlef Kramer]

Hallo Rainer,

Wie groß ist denn ein Sichtfeld bei üblichen Mikroskopen?

Das steht zunächst und in der Regel auf den Okularen, oft mit dem Kürzel SF deklariert. Üblich ist heute 18, 20 oder 22. Das heißt, dass von dem Zwischenbild ein Kreis mit diesem Durchmesser in mm sichtbar ist. Diese Zahl muss man dann durch die Objektiv-Vergrößerung dividieren.

Nehmen wir zwei gängige Beispiele:

1. Objektiv 10 : 1 oder 10 x, Okular 10 x SF 20 = 2 mm in der Objektebene
2. Objektiv 25 : 1 oder 25 x, Okular 10 x SF 20 = 0,5 mm

Alles klar?

Herzliche Grüße
Detlef

[Rainer Kesselschläger]

Hallo Detlef,

ich danke Dir für die wunderbar präzise und kurze Erklärung - so hab ich's sofort verstanden. Super.
Es scheint mir jetzt auch logisch und sinnvoll, dass man das Sichtfeld auf dem Okular angibt.

Nur Dein Beispiel 2 verwirrt mich jetzt. Ich bekomme nach Deiner Formel 0,8 mm heraus. Tippfehler?

[smashIt]

ich gehe mal davon aus, dass du ne kamera verwendest und nicht live zusehen willst
dann hat dich nur die vergrösserung vom objektiv zu intressiern
mit nem 10x objektiv und 5µm pixelgrösse der cam wäre der tropfen dann 100 pixel gross (sollte zur beurteilung doch reichen)

rein interesse halber:
welchen druckkopf verwendet ihr?

[Lothar Gutjahr]

Hallo Chris,

bin zwar nicht gefragt, aber ich würde das Tröpfchen schon mit dem Okular sehen wollen. Nehmen wir mal an, da kommen pro Sekunde so 10.000 angeflizt und das 10 kHz LED-Geflimmer hat das richtige Timing, dann sollte das überhaupt kein Problem sein.

Mit einem einzeln abgefeuerten wäre dann die Kamera gefragt. Das direkte Beobachten und verstellen der Parameter macht eigentlich erst Sinn. Sonst habe ich die Aufgabenstellung falsch verstanden.

n8 Lothar

[Rawfoto]

Guten Morgen

Also ich wuerde fuer so einen Fall ein Stemi einsetzen, z.B. Ein Wid M3 Zoom und eine C-Mos Kamera dahintersetzen. Der Arbeitsabstand ist zwischen 4 und 8cm, jenach eingesetzter Linse ...

Ich wuerde mir eher Gedanken ueber deinen Kuzzeitblitz machen wenn der Tropfen beurteilbar sein soll, ob LED oder klassische Blitzroehre, man bekommt das hin aber dort sehe ich die Herausforderung ...

Mich wuerde interessieren was das fuer ein Drucker werden soll, als Freak im Fine Art Printing werde ich da hellhoerig ...

Liebe Gruesse

Gerhard

[Detlef Kramer]

Nur Dein Beispiel 2 verwirrt mich jetzt. Ich bekomme nach Deiner Formel 0,8 mm heraus. Tippfehler?

Nein, Denkfehler! Sorry

Detlef

[Rainer Kesselschläger]

ich gehe mal davon aus, dass du ne kamera verwendest und nicht live zusehen willst

Das ist noch nicht raus. Praktischer für Dokumentationen fände ich es schon.

dann hat dich nur die vergrösserung vom objektiv zu intressiern
mit nem 10x objektiv und 5µm pixelgrösse der cam wäre der tropfen dann 100 pixel gross (sollte zur beurteilung doch reichen)

Das habe ich noch nicht so ganz verstanden.
Wenn man eine Kamera einsetzt, wird dann der CCD- oder CMOS-Sensor direkt in die Bildebene des Zwischenbildes gebracht?
Sonst könnte ich nicht nachvollziehen, wieso das Okular dann unwichtig ist.

Oder wird das Okular weiterhin verwendet und es kommt noch eine Oktik für die Kamera dazwischen?
Oder ersetzt die Linse der Kamera das Okular?

rein interesse halber:
welchen druckkopf verwendet ihr?

Spectra Galaxy oder Polaris

Also ich wuerde fuer so einen Fall ein Stemi einsetzen, z.B. Ein Wid M3 Zoom und eine C-Mos Kamera dahintersetzen. Der Arbeitsabstand ist zwischen 4 und 8cm, jenach eingesetzter Linse ...

Was ist denn ein Stemi?

Mich wuerde interessieren was das fuer ein Drucker werden soll, als Freak im Fine Art Printing werde ich da hellhoerig ...

Ein rieeesengroßer Drucker. Wird auf keinen Schreibtisch passen. Übliche Garagen reichen jedenfalls auch nicht zur Aufstellung.

[Johannes Kropiunig]

Hallo Rainer,

ich habe mal vor einiger Zeit einen Versuch mit blinkenden LED´s gemacht.
http://konserve.ko.funpic.de/Stroboskop%20Versuche/out_67.swf

Dabei stellte sich dieser Jalousie-Effekt beim Filmen als sehr lästig heraus, hast du eine Idee wie du das in den Griff bekommen möchtest, oder würde der nicht stören ?

Viele Grüße,
Johannes

[Rainer Kesselschläger]

Hallo Johannes.

Der Jalousie-Effekt bei Deinen Aufnahmen ist ja tatsächlich sehr auffällig.

Ich vermute, es kommt daher, dass Du eine Filmaufnahme gemacht hast und LED-Pulsfrequenz und Aufnahmefrequenz nicht exakt synchron waren. Ich nehme sogar an, dass sie garnicht synchron sein konnten, weil ich vermute, Du hast einfach mit normaler Aufnahmefrequenz aufgezeichnet (z.B. 25 Bilder/s) und die Pulsfrequenz variiert. Bei Analogaufnahmen mit einer "alten" Kamera auf chemischen Film käme der Jaousie-Effekt dann dadurch zustande, dass die Kamera eine umlaufende Blende hat und eben das ganze Bild nicht auf einen Schlag gleichzeitig belichtet, sondern eben mit einer Art Streifen von oben nach unten. Vorstellbar in der Art, wie ein Scanner ein Bild abtastet, Zeile für Zeile, bei der Kamera ist der Streifen natürlich viel breiter. Etwa so breit wie ein Jalousie-Streifen.
Bei genügend großer Belichtungzeit - und wenn der Puls genau im dem Moment erscheint, wenn die Blende gerade über das gesamte Bild offen ist - tritt sowas natürlich nicht auf.

Bei digitalen Filmkameras wird der CCD-Sensor auch manchmal nicht "jede Zeile zur selben Zeit" ausgelesen, sondern Zeile für Zeile - natürlich recht schnell. Auch dann kann der Effekt auftreten.

Bei uns wird's hoffentlich nicht auftreten, wenn wir Einzelbilder aufnehmen und jeden "Schuss" mit dem LED-Puls synchron starten.