Abbildungsqualität von Objektiven - was kann ich erwarten?

wilfried48 · März 04, 2014, 01:10:16 VORMITTAG

Zitat von: peter-h in März 03, 2014, 18:48:42 NACHMITTAGS

Jedenfalls stimmt Theorie und Praxis durchaus vertretbar überein. Es ist also möglich am Punktbild eine Aussage über ein Objektiv zu bekommen. Sicher gibt es auch bessere Methoden.

Lieber Peter H.,

da hast du trotz Fasching wieder eine sehr solide Messung abgeliefert. Aber was ist denn die Aussage aus der Auswertung des Punktbilds ?

Das einzige was man daraus schliessen kann ist, dass die Auflösung des Objektivs beugungsbegrenzt ist und nicht durch Objektivfehler also der apertur des Objektivs entspricht. Über den Kontrast bei verschiedenen Ortsfrequenzen MTF ist keine Aussage möglich. Aber du sagst ja auch dass es sicher bessere Methoden gibt.

@Raphael
ist das Testgitter auch Chrom auf Glas also mit 100% Kontrast oder ist es ein geritztes Gitter das schon weniger Kontrast hat. Wenn es ein 100 % Gitter ist, dann ist auch die Aufnahme mit dem angeblich guten 20x/0.4 Objektiv schon sehr flau , da man bei 5µm Periode ja noch weit von der Auflösungsgrenze des Objektivs entfernt ist.
Zum Vergleich von Objektiven müsste man Testgitter mit bekanntem hohem Kontrast nehmen mit abnehmenden Perioden bis an die Auflösungsgrenze des Objektivs und dann den Kontrast auswerten und die MTF vergleichend auftragen.
Also etwa so ähnlich wie hier:
http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=9645.msg68507#msg68507
nur mit quantitativer Kontrastauswertung so wie es Peter H. an Makroobjektiven gezeigt hat.

viele Grüsse
Wilfried

Läpplappen · März 04, 2014, 03:08:13 VORMITTAG

N Abend

@ Klaus:
Ganz am Rande ... helfen da ein paar Holzklötzchen weiter die man in passender Dicke unters Lampenhaus legt. Keine Dauerlösung, wie ich hoffe, aber Ausreichend bis ich weiß was ich noch brauche / haben will / verfügbar ist / bezahlbar ist (fortsetzung nach Belieben)

@ Safari:
Naja, der ausgewiesene Sterntestexperte bin ich nun auch nicht, aber die grundlegenden Fehler traue ich mir zu auseinander zu kennen. Schwieig wird es bei Mischformen. Gerne können wir den Sterntest und seine Spielweisen separat diskutieren. Gleiches gilt auch für die Eignung von verschiedenen Strichplatten. Vorher muss ich mein Mikroskop aber noch zu vernünftigen Abbildungen überreden.

@Wilfried:

ZitatDas einzige was man daraus schliessen kann ist, dass die Auflösung des Objektivs beugungsbegrenzt ist und nicht durch Objektivfehler also der apertur des Objektivs entspricht.

Na genau das ist doch erklärtes Ziel dieses Tests und Voraussetzung für alles Weitere. An der Punktabbildung sieht man A, ob das Objektiv (genauer das ganze System) Abbildungsfehler hat und B welcher Art diese sind und C wie stark (in etwa) diese sind. Wie soll denn eine Linie ordentlich Abgebildet werden wenn das noch nicht mal an einem Punkt möglich ist?

ZitatÜber den Kontrast bei verschiedenen Ortsfrequenzen MTF ist keine Aussage möglich.

Punktabbildung, Kontrast und Auflösung sind vollkommen unterschiedliche Dinge und dürfen nicht vermischt werden! Natürlich hängen sie irgendwie zusammen, aber selbstverständlich ist es so, dass die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) nicht so einfach aus einem einzelnen Punktbild bestimmt werden kann. Bei der MTF geht es darum wie stark der Kontrastverlust vom Signal zum Bild ist. Da spielt neben der Punktabbildung (Form der Beugungsfigur) noch eine ganze Menge mehr rein wie Vergütungen, Verunreinigungen, Oberflächendefekte und dergleichen. Diese Zusatzbedingungen sind bei jedem Anwender, bei jeder Optik und bei jedem Aufbau unterschiedlich. Deshalb halte ich es bei der konkreten Fragestellung nicht für zielführend mit der MTF zu arbeiten. Die ist schwierig zu messen und noch schwieriger zu vergleichen. Nicht zuletzt muss diese interpretiert, also unter Berücksichtung des ganzen "Drum Rum", gewichtet werden.
Das Testgitter (sowohl Kreuzgitter als auch Liniengitter) sind lithographisch hergestellte Strukturen auf Glas, also eine Chromschicht mit ca. OD4 mit entsprechenden Lücken. Der Signalkontrast ist also etwa 1:10.000 und die Kanten sind weitestgehend scharf - also in erster Näherung ein Rechtecksignal.
Die Abbildung mit dem 20x / 0,40 finde ich OK, denn bei NA 0,4 ergibt sich für 500nm etwa 0,75µm für den Radius des Beugungsscheibchens und entprechend knapp 1,5µm für den Durchmesser. An Bild 3.3 kannst Du grob 1,4µm heraus messen. Das passt also sehr gut. Eine auch noch so scharfe Linie hätte also selbst bei optimaler Abbildung eine Unschärfe von 0,75µm was bei meiner Linie immerhin 1/3 entspricht. Sie kann also gar nicht knackscharf werden. Dazu habe ich Dir noch ein Bildchen gebastelt. Das Bild 4.1 ist das Selbe wie 3.8 mit zwei Anpassungen.
1) Es gibt noch einen kleinen Ausschnitt ohne Binning - also in voller (leerer) Vergrößerung um alles etwas deutlicher zu erkennen
2) In einer Hälfte wurden der Schwarz- und Weißpunkt angepasst. Dadurch steigt der Kontrast im Bild auf 100%. Wie flau das Bild vorher ist hängt nicht zuletzt vom Dynamikumfang und der Belichtungszeit der Kamera ab (Verweis an die Probleme bei der MTF-Messung). Nun lässt sich erkennen, dass es einen breiten "gleich schwarzen" und einen breiten "gleich weissen" Bereich gibt. Dazwischen liegt genau der oben ermittelte Übergangsbereich. Die Interpretation des Ganzen überlasse ich gerne der Fantasie der Mitleser

Bild 4.1

ZitatZum Vergleich von Objektiven müsste man Testgitter mit bekanntem hohem Kontrast nehmen mit abnehmenden Perioden bis an die Auflösungsgrenze des Objektivs und dann den Kontrast auswerten und die MTF vergleichend auftragen.

Damit hast Du gerade selbst gezeigt, dass Objektmikrometer nur bedingt geeignet sind. Daran gibt es nämlich keine unterschiedlichen Ortsfrequenzen und selten etwas passendes in der Nähe der Auflösungsgrenze oder darunter. Der Siemensstern lässt grüßen - denn daran sind sogar die MTF-Schwankungen in Abhängigkeit von der Richtung zu erkennen - wichtig z.B. bei komatöser Abbildung

So, nun gehe ich von von knackigen Sternchen und klaren Linien träumen

N8

Stuessi · März 04, 2014, 11:04:51 VORMITTAG

Hallo,

bei meinen Untersuchungen zu Auflösung und Kontrast von Objektivkombinationen mit Fotoobjektiven habe ich mal kleine Löcher abgebildet, um zu sehen, was Objektive in Bildmitte leisten können.

Das Loch in Alu-Folie:

Die Lochbilder aus 6 m Entfernung mit einem 50mm Objektiv aus den 70-Jahren-

Die geometrische Bildgröße des Lochs beträgt etwa 1,7 µm. Bei Blende 5,6 hat das Beugungsscheibchen fast die Pixelgröße der Kamera.

Gruß,
Stuessi

Lupus · März 04, 2014, 16:57:46 NACHMITTAGS

Hallo,

offensichtlich ein ergiebiges Diskussionsthema.
Es klingt allerdings so, als würden viele Schulmeister und wenige Schüler abstimmen, ob sich die Erde um die Sonne bewegt, oder die Erde um die eigene Achse dreht.

Sehr unterhaltsam!

Hubert

peter-h · März 05, 2014, 16:36:15 NACHMITTAGS

Ja wenn das Thema nur der Unterhaltung von Schulmeistern dient, dann sollte es womöglich in das Plauderforum "Mikro Cafe" verschoben werden. Dort kann man sicher auch objektiv über Objektive plaudern. Nur so ein Vorschlag.
Peter

Eckhard F. H. · März 05, 2014, 17:55:58 NACHMITTAGS

Hallo Stuessi,
sehr interessant, vielen Dank. War die Lichtquelle ein Blitz?
Gruß - EFH

Lupus · März 05, 2014, 20:23:50 NACHMITTAGS

Hallo Peter,

ZitatJa wenn das Thema nur der Unterhaltung von Schulmeistern dient, dann sollte es womöglich in das Plauderforum "Mikro Cafe" verschoben werden. Dort kann man sicher auch objektiv über Objektive plaudern. Nur so ein Vorschlag.

ich gebe zu dass Ironie in einem Forum problematisch ist, ich habe schon befürchtet dass meine Bemerkung hier niemand verstanden hat - war ja auch aus einem fremden Fachgebiet zitiert

Ich finde nur, dass man die zwei verschiedenen Messverfahren nicht zu verbissen gegeneinander ausspielen sollte, vor allen Dingen wenn man eines nicht genauer kennt. Die Messung der MTF hat ja ein anderes Ziel als Messungen mit künstlichen Sternen o.ä. (ich kenne es selbst aus einer Zeit in der Produktentwicklung, allerdings nicht bei Mikroskopobjektiven). Letzteres dient entweder der Justage oder der Erkennung spezieller Optikfehler - das haben Raphael u.a. ja schon erläutert - und daher spielt es auch keine Rolle dass man daraus keine MTF ableiten kann.

Hubert

Eckhard F. H. · März 05, 2014, 23:03:57 NACHMITTAGS

Zitat...ich gebe zu dass Ironie in einem Forum problematisch ist

Grüß Dich, Hubert!
Nein, Ironie muß in Foren nicht zwangsläufig zum Problem werden. Hier ist offensichtlich gelegentlich geradezu ein Treffpunkt von Freunden der Ironie. Ich finde, wenn die Ironie nicht Ventil der Bösartigkeit ist sondern von Weisheit und Humor, ist sie auch willkommen und wird in der Regel auch als das wahrgenommen und erwidert.
Gruß - EFH

Lupus · März 06, 2014, 09:00:13 VORMITTAG

Hallo,

zur Ergänzung: Mann kann natürlich schon aus einer richtig gemessenen PSF die MTF bestimmen, aber eben nicht direkt daraus ablesen sondern durch eine 2D-Fouriertransformation. Und da muss man sicher sein, dass die PSF nicht verzerrt ist durch Blendenfehler oder Defokussierung. Aber bei stark vergrößernden Mikroskopobjektiven ist ja auch die Messung der MTF ein Problem.

Hubert

Stuessi · März 06, 2014, 17:53:46 NACHMITTAGS

Hallo,

als Beleuchtung habe ich eine 1-LED-Chip-Taschenlampe mit darübergestülpter Alu Folie verwendet, hier aus 6 m Entfernung mit der NEX fotografiert.

Das Bild des Siemenssterns (oben auf dem Bild) sieht übrigens bei bester Fokussierung (mit 50mm Objektiv, Blende 5,6 NEX-5N, immer aus 6 m Entfernung) in 5-facherVergrößerung so aus:

Auf ADOX CMS20 s/w Film habe ich dieses Bild erhalten:

Das Luftbild durch ein einfaches Mikroskop betrachtet

sieht so aus:

Mit anderer Vorlage und dem Programm QuickMTF habe für das 50mm Objektiv an der NEX-5N diese Werte erhalten:

Gruß,
Stuessi

Eckhard F. H. · März 06, 2014, 21:55:05 NACHMITTAGS

Zitat...als Beleuchtung habe ich eine 1-LED-Chip-Taschenlampe

Hallo Stuessi,
in dem Fall räume ich der Vibration/Verwacklung Einfluß auf die Bilder der 0,2mm-Löcher ein.
Gruß - EFH

the_playstation · März 06, 2014, 23:02:28 NACHMITTAGS

Hallo Stuessi,
Ich verstehe deinen Versuchsaufbau nicht! Es ist ein Mikroskop. Kein Teleskop! Ein Mikroskop soll Dinge in der Nähe vergrößern. Der Objektabstand ist minimal. Ein Teleskop soll weit entfernte Dinge heranholen. Die Optik wird weit ausserhalb ihrer Verwendung / Berechnung betrieben. Es wäre sogar sinnvoller, das Objektiv verkehrt herum zu betreiben, da die 16cm Tubuslänge besser für weit entferne Objekte geeignet ist, als der Abstand vom Objekt zum Objektiv. Es wäre auch sinnvoller das ganze Mikroskop verkehrt herum zu benutzen. Was willst Du damit bezwecken? Das ist wie ein U-Boot zum fliegen zu benutzen oder ein Flugzeug zum Tauchen.

Liebe Grüße Jorrit.

wilfried48 · März 07, 2014, 00:29:04 VORMITTAG

Hallo Jorrit,

also ich verstehe das so: das Mikroskop ist nur dazu da das, vom 50 mm Minoltaobjektiv herunterverkleinerte, Luftbild des Siemenssterns hochaufgelöst abzubilden, weil weder die Digtalkamerachip noch der hochauflösende Film direkt hierfür gut genug sind. Was im Umkehrschluss bedeutet, dass das Objektiv dem Kamerachip und auch dem hochauflösenden Film deutlich überlegen ist. Da in der Physik der Strahlengang umkehrbar ist könnte das 50 mm/1.7 Minoltaobjektiv in Retrostellung ca. 300 Lp/mm auflösen.

viele Grüsse
Wilfried

the_playstation · März 07, 2014, 02:21:49 VORMITTAG

Hallo Wilfried,
Mmmmmh. Verstehe. Es wird quasi ein Teleskop / ein Objektiv benutzt, um dann das Ergebnis statt mit einem Okular mit dem Mikroskop zu betrachten. Mir sind da etwas zu viele ungeklärte Parameter drin enthalten. Z.B. die Abbildungsgüte des Objektives und des gesamten Systems. Beim Mikroskopieren von Diatomeen geht man an die Grenze dessen, was das Licht noch aufzulösen vermag (direkt vom Objekt selbst). Und der projizierte Siemensstern soll quasi in der Zwischenbildebene ein besseres Referenzobjekt liefern. Ich bin da sehr skeptisch. Da braucht nur ein Parameter (Abstand, Zentrierung, ...) nicht genau stimmen, ...

Ich Vergleiche es mal mit Uhren:
Eine Pendeluhr kann Ich mit einer genaueren Quarzuhr messen und einstellen. Die Quarzuhr mit einem Quarzofen-Frequenznormal. Den Quarzofen mit einer Atomuhr.

Hier wird davon ausgegangen, daß der Fehler beim Mikroskop-Objektiv liegt. Wie sieht es mit Immersionsobjektiven aus? Flutet man den Raum mit Öl? Woher weis man das? Eventuell schneidet Objektiv xy nur besser ab, weil der Versuchsaufbau es begünstigt? Ähnlich wie wenn man ein Lomo-Objektiv ohne Adapter an ein Mikroskop mit anderer Abgleichlänge, ... montieren würde.

Die Ergebnisse sind für mich daher recht fraglich. Aus vielen Gründen.

Liebe Grüße Jorrit.

wilfried48 · März 07, 2014, 03:08:07 VORMITTAG

Hallo Jorrit,

du verstehts es immer noch falsch, er will doch das Minolta Fotoobjektiv 50mm/1.7 prüfen, das sich hinter (unter) dem Objekttisch des gezeigten Mikroskopaufbaus befindet. Das Mikroskopobjektiv ist dem Fotoobjektiv doch haushoch überlegen und dient nur dazu die abgebildeten die Linienmuster zu vergrössern sodass der Kamerachip nicht begrenzend wirkt.
Um in deinem Bild zu bleiben: Das Mikroskop ist die Atomuhr mit der die Quarzuhr (Fotoobjektiv) geprüft wird.

viele Grüsse
Wilfried