Abbildungsqualität von Objektiven - was kann ich erwarten?

[wilfried48]

..genau diesen Sterntest machen wir auch in unserer Objektiv-Fertigung. Gerade bei den 100:1 sieht man damit sehr schön, wenn die Linsengruppen nicht gut gesetzt sind ...

Hallo Jörg,

dass man mit dem Sterntest während der Fertigung Justierfehler schnell bestimmen kann, leuchtet mir ein. Aber um die engültige Qualität der fertigten Objektive zu prüfen werden doch sicher auch noch andere, nach meiner Meinung aussagekräftigere, Messmethoden wie z.B. MTF angewendet oder ?

Da ich aus Beobachtungen im Transmissionselektronenmikroskop weiss, dass es bei den pinholes in dünnen Schichten alle Formen geben kann (teilweise auch mit ausgefransten aus der Ebene herausstehenden Kanten) bin ich mit der Abqualifizierung des 100 er Objektivs von Raphael (starke Koma) etwas vorsichtiger und es wäre mir lieber, wenn Raphael das Objekt mit dem "runden" pinhole dreht und zeigt, das sich die Unsymmetrie nicht mitbewegt.

viele Grüsse
Wilfried

[HCLange]

Hallo Raphael,

es handelt sich bei deinen Objektiven um Auflichtobjektive für Tubuslänge unendlich. Hast du sie am Auflicht- oder Durchlichtrevolver verwendet ?

Stirnrunzelnd
Christoph

[Stuessi]

Hallo Raphael,

mein Bildchen (etwas überbelichtet, 100% Crop) zeigt ein Lochbild, das ich mit einem vergleichbaren Objektiv gemacht habe.

Aufbau:
SM-Lux mit
Durchlicht durch Durchlichtkondensor
sehr kleines Loch
Leitz Fl 100x/0,95
unendlich 1x Auflichtkondensor
Trinokular
Periplan 8x
Zeiss Fototubus 0,25x
Sony NEX-5N



Gruß,
Stuessi

[Michael L.]

Guten Abend,

Auf dieser Webseite finden sich gute Beispiele zur Interpretation der Beugungsbilder:

http://www.otterstedt.de/wiki/index.php/Sterntest

Bei Gerlach das Lichtmikroskop findet sich der Hinweis einen Tuscheausstrich zu verwenden da dieser zahlreiche kleine Pinholes erthält welche für den Sternentest brauchbar sind. Habe ich noch nicht ausprobiert klingt aber einfach.

Gruß

Michael

[Mikroman]

Moin,

also ich warte immer noch auf ein paar Mikrometeraufnahmen. Die Beugungsbilder zu interpretieren ist mir persönlich etwas zu abgehoben.

Gruss

Peter

[thomasr]

Wurde für die Test-Aufnahme der Infrarot Lichtanteil geblockt?

Gruß,
Thomas

[the_playstation]

Hallo,
In der Astronomie sind Beugungsbilder von Sternen, Pinholes oder Reflektionen von Christbaumkugeloberflächen eine super Sache. In wie weit man Sie in der Mikroskopie einsetzten kann, ist fraglich. In der Astronomie sind die punktförmigen Lichtquellen quasi in der Unendlichkeit und der Lichtpunkt ist sehr klein. Beim Mikroskop in der Objektebene. Die Tiefenschärfe, ... wirken sich wesentlich problematischer aus. Die Güte, die an das "Loch" gestellt wird, ist sehr, sehr hoch. Eine solche ideale punktförmige Lichtquelle gibt es nicht bzw ist kaum herstellbar.
Beim Teleskop ist es z.B. über 2x Christbaumkugeln + eine relativ punktförmige Lichtquelle (Birne mit Pinholeloch) recht einfach.

Liebe Grüße Jorrit.

[Mikroman]

Hallo,

ich frage mich, was ein Zeiss Fototubus 0,25x auf einem Leitz-Stativ zu suchen hat: das paßt doch hinten und vorne nicht


Gruss

Peter

[grovea]

 Hallo,

als in Jena noch Mikroskopobjektive gefertigt wurden, hatte ich einmal die Gelegenheit, dies auch persönlich in Augenschein zu nehmen. Die Objektive der
Baureihe 250 CF wurden u.a. geprüft mit sogenannten Sterntestpräparaten. Dabei wurde das montierte Objektiv, in einer genau zentrierten Fassung über
einer Sterntestplette gedreht und visuell die Veränderungen der punktförmigen Beugungsbilder bzw. die lateralen Verschiebungen dieser beim Drehen
beobachtet. Waren diese zu groß (!) erfolgte eine Zentrierung der Baugruppen in der Füllfassung oder erneute Demontage und Drehung einzelner optischer
Elemente zueinander. Dies bedurfte einer langjährigen Erfahrung und viel Verständnis des optischen Aufbaus.

Gruß
Ralf N.

[Stuessi]

...ich frage mich, was ein Zeiss Fototubus 0,25x auf einem Leitz-Stativ zu suchen hat: das paßt doch hinten und vorne nicht...

Hallo Peter,

der Zeiss Fototubus löst, wenn erforderlich, erschütterungsfrei aus und die Schärfe stimmt mit der am Binokular eingestellten überein,
und das Ergebnis (Bild 2) ist doch akzeptabel!?





Gruß,
Stuessi

[peter-h]

Abbildungsleistung von Objektiven an einer Lochblende messen ?

Unter der Voraussetzung, dass es gelingt eine sehr kleine runde Blende zu erzeugen kann man den Versuch auch einmal wagen die Theoerie mit der Praxis zu vergleichen. Auf einer Testplatte fand ich sehr feine weitgehend runde Löcher. Beleuchtet mit einer weißen LED und Schmalbandfilter grün (Kontinuum Filter Baader) 540nm, dazu ein CZJ Objektiv Apo 63/0,95 K und einer monochromen Kamera um Artefakte der Bayermaske auszuschalten, konnte der Versuch starten. Es kam nicht mehr viel Licht an und es mußten alle Tricks der Rauschunterdrückung gezogen werden (Mittelung über 32 Bilder).

Das Ergebnis :

Kern und erster Ring noch gut sichtbar, der 2. Ring ist nur noch zu ahnen.

Die Auswertung :


Dass der 1. dunkele Ring nicht ganz bis zur Nulllinie geht liegt an einer nicht ganz exakten Einstellung des Korrekturrings am Objektiv und an einer möglichen Abweichung in der Fokusierung. Bei solchen Aufnahmen glaubt man der Feintrieb sei der Grobtrieb vom Tisch.

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.

Viele Grüße
Peter

[Läpplappen]

Hallo Allerseits.

Na da habe ich ja was losgetreten ... und das gleich zum Einstieg. Bitte entschuldigt, dass ich mich erst jetzt wieder melde, ich hatte noch ein paar andere nicht-mikroskopische Baustellen zwischendurch, habe aber natürlich interessiert mitgelesen und das alles versucht mit in meine Überlegungen einfließen zu lassen.
Jedenfalls ALLEN vielen Dank soweit für ihre praktischen Erfahrungen, eigenen Versuche und Bilder. Mit den bisherigen Diskussionsergebnissen habe ich gestern und heute weiter gearbeitet und versuche im Folgenden mal meine Ergebnisse zu beschreiben. Soviel vorweg: Der klassische Objektmikrometer schlummert noch in irgendeiner Kiste - da muss ich in einer ruhigen Minute nochmal auf die Suche gehen und reiche Bilder evtl. noch nach.

Es scheint in der Mikroskopie nicht unüblich zu sein eine annähernd beugungsbegrenzte Abbildung zu haben oder diese zumindest anzustreben. Wie die Bilder von Stuessi und Peter zeigen ist das auch bei rel. kurzbrennweitigen Objektiven mit hoher NA möglich - für kleinere NAs sind meine 10x und 20x ja auch nicht so weit weg. Dass es mit zunehmender NA aber, bei meinen Objektiven, schlimmer wurde machte mich unsicher und ich wollte hier mal nachfragen.
Auch die Hersteller scheinen den "Sterntest" zu machen - der ist ja auch wirklich gemein und zeigt einem praktisch alles Das Problem mit den extra kleinen Löchern ist natürlich für die Mikroskopie deutlich ausgeprägter als in der Astronomie. Meine Löcher stammen nicht aus einer Alufolie, sondern sind Fehlstellen in einer auf Glas gedampften Chromschicht. Aber auch da ist nicht jedes Loch gleich Rund wie sich zeigen wird. Es wird sich aber auch zeigen, dass das egal ist, so lange das Loch klein genug ist.

Der (verbesserte) aktuelle Aufbau ist wie folgt (Bild 3.1):
Beleuchtung diffus Durchlicht mit Hallogen und UV/IR-Cutfilter. Diffus deshalb, um die Beugungsbilder nicht durch die Beleuchtung zu verändern.
Objektive wie in den Bildern benannt
Opakilliminator Hellfeld (Beleuchtung aber im Durchlicht!) mit Tubuslinse f=200mm (1x)
Trinotubus
Periplan 10x Brille als Projektiv im Fototubus (37110)
CMOS Kamera Schwarz/Weiß ohne Schutzglas mit 2,2µm kleinen Pixeln und 7,13mm Diagonale ( 1 / 2,5 '')


Bild 3.1

Bitte nicht wundern - ich habe nicht die selben Löcher wieder gesucht. Zur Anwendung kam ein einzelnes Pinhole und ein "Doppelstern". An diesen beiden nahe aneinander gelegenen Löchern lässt sich die Zunahme des Auflösungsvermögens mit zunehmender NA erkennen. Man sieht aber auch wie sich die Beugungsfiguren durch Interferenzen gegenseitig beeinflussen und was passiert wenn das Objekt oder das Objektiv gedreht wird.

Zuerst nochmal die Bilder von den beiden Objektiven die scheinbar OK sind (Bild 3.2 und 3.3).


Bild 3.2 10x / 0,20


Bild 3.3 20x / 0,40


Das grenzwertige, wohl eher nicht sooo gute 50x (Bild 3.4).


Bild 3.4 50x / 0,85

Und nun das Objektiv, das diesen Thread zu verantworten hat - das 100x
Zuerst wieder wie gehabt das einzelne Pinhole und der ,,Doppelstern" (Bild 3.5)


Bild 3.5

Um das Objektiv eindeutig als Fehlerquelle zu identifizieren wurde zuerst das Objekt um 90° gedreht. Es zeigt sich, dass sich die Beugungsfigur in allen Einzelheiten (Form und Richtung) stehen bleibt und somit die Löcher zumindest rund und höchst wahrscheinlich auch klein genug sind. Dazu vergleiche man Bild 3.5 und 3.6 . Hiermit ist sichergestellt, dass der Fehler nicht im Objekt, sondern im Mikroskop liegt.(Anm: Bei dem Einzelloch habe ich leichte Zweifel, weshalb ich vorerst bei dem Doppelloch bleibe. Für kleinere NAs ist das Einzelloch auf alle Fälle auch ausreichend klein, wie man bei den obigen Bildern sieht.)


Bild 3.6

So ein Mikroskop hat ja noch ein paar mehr Bauteile als nur das Objektiv, von denen die Meisten in gleicher Qualität wie das Objektiv gefertigt sein müssen um zu guten Ergebnissen zu kommen. Um andere Fehlerquellen aus zu schließen (Eigentlich ist das ja schon mit dem Vergleich der anderen Objektive passiert) wurde das Objektiv um eine viertel Umdrehung aus dem Revolver geschraubt. Ich würde erwarten, dass sich dann Objektivfehler mit drehen. Das Ergebnis ist in Bild 3.7 zu sehen.


Bild 3.7

Fazit:
Die gezeigte Koma kommt vom Objektiv. Koma entsteht typischer Weise bei dezentrierter Optik und wie hier gezeigt wurde kann man auch von Objektiven hoher NA eine zumindest runde Abbildung erwarten. Es ist also nicht davon aus zu gehen, dass das schon immer so gewesen ist, sondern eher, dass das Objektiv z.B. einmal gefallen ist oder sonst einen Schlag bekomme hat. Es müsste also reparabel sein. Im Idealfall ist das durch einen beherzten und gezielten Schlag mit dem µHammer zu richten. Wenn nicht werde ich das Objektiv versuchen zu zerlegen, denn so will ich es nicht verwenden und kann es auch nicht guten Gewissens verkaufen (würde mir wohl eh keiner mehr abnehmen )

Wie man an den Beugungsbildern sieht, ist Koma ein richtungsabhängiger Fehler. Nun noch ein paar Bilder die darstellen sollen, weshalb ich die Beurteilung an einem flächigen Objekt für problematisch halte. Ganz speziell natürlich an einem Objekt mit nur einer Orientierung.
Dazu verwendete ich ein Liniengitter mit 2,5µm breiten Strichen und ebenso breiten Linien. Nachdem es nun nicht mehr um die Beugungsbilder an sich geht, habe ich die Kameraauflösung reduziert (3x3-Binning). Natürlich ist die Auflösung immer noch zu hoch – aber nicht mehr ganz so schlimm und es ist ein größerer Bereich darstellbar. Also Vorsicht – anderer Abbildungsmaßstab als oben!
Zuerst ein Objektiv das rel. nahe an der Theorie abbildet – das 20x / 0,40 in Bild 3.8


Bild 3.8

Nun die Bilder vom 100x / 0,90 (Bild 3.9). Von links nach rechts wurde das Objektiv um 90° gedreht. Die Abbildung ist ganz klar unterschiedlich und ich würde für mich behaupten rechts ist besser. Hier ist es also schwierig Fehler zu sehen und praktisch unmöglich z.B. Koma von Astigmatismus zu unterscheiden.


Bild 3.9

Zuletzt hoffe ich die Mikroskopgemeinde zu meinem Einstieg hier nicht zu sehr aufgescheucht und zu haben. Grund war, wie der Titel schon sagt, meine Unsicherheit und Unkenntnis darüber, was man von Objektiven erwarten kann.


Viele Grüße,
Raphael

Die Objektivparade mit kompletter Beschriftung

[Klaus Herrmann]

Hallo Rafael,

mal ganz am Rande der wissenschaftlichen Untersuchung: auf dem Bild mit deinem Metalloplan sieht man, dass du das Lampenhaus, das eigentlich hier nicht hin gehört doch adaptiert hast. Wie hast du das geschafft?

Edit: hier stand Unsinn, den ich löschen muss. Danke Wilfried - du hast ja so recht!

Aber die Frage ist berechtigt und bleibt stehen!

[wilfried48]

Lieber Klaus,

wieso soll denn ein Auflichtobjektiv, das auf Deckglasdicke null korrigiert ist, ein Deckglas benötigen nur weil man es mit Durchlicht betreibt ?  

viele Grüsse
Wilfried

[peter-h]

Leute das stimmt alles, denn heute ist Fasching/Karneval, da werden die Auflichtobjektive mit Deckgläser der Stärke Null in konfokaler Retroreflexion mit kohärenten Photonen durchsetzt, oder so .... 
Peter