Auflösung - Apertur oder Farbe ?

[peter-h]

Liebe Auflöser oder die es werden wollen  

Ein kleiner Versuch zeigt, dass es nicht immer der Griff zu einer noch höheren Apertur sein muß. Diatomeen lassen sich ohne Informationsverluste in SW Darstellung abbilden. Erkennt man bestimmte Details nicht, so schwenkt man auf ein Objektiv mit einer höheren nummerischen Apertur was aber oft mit dem Übergang zur Ölimmersion verbunden ist. Geht es auch ohne Öl ?
Als kleines Beispiel soll die Nitzschia obtusa aus einem alten Testpräparat dienen. Laut Göke liegt die Gitterkonstante bei 0,33µm. Eigene Messungen zeigen 0,31 - 0,34µm, also gute Übereinstimmung.
Ein Objektiv mit einer NA von 0,95 sollte also die Auflösung bringen. Rechnung : d = λ / (NA Obj. + NA Kond.) ~ 0,29µm für weißes Licht.



Mit gutem Willen geht das auch. Besser wird es aber erst bei höherer Apertur des Objektivs. Da stellt sich die Frage ob nicht eine kürzere Wellenlänge auch zum Erfolg führt.



Bereits das Blaufilter BG12 hilft schon recht schön und übertrifft sogar die Ölimmersion im Kontrast. Greift man zur UV-Quelle so steigert man noch einmal die Auflösung und übertrifft auch rein theoretisch die Grenze der verwendeten Ölimmersion (Kondensor nicht immergiert).

Viel Spass bei eigenen Experimenten und blau-violette Grüße
Peter (H)

[the_playstation]

Hallo Peter

Vielen Dank für die eindrucksvollen Bilder bzw dem Vergleich: NA vs Wellenlänge des Lichts. Ich stelle immer wieder fest, daß sich Kondensor und Lichtquelle sehr stark auf das Ergebnis auswirken. Da hilft auch kein superteures Apo-Objektiv, ... "Ohne gutes Licht" bringt der Rest nicht viel.

Liebe Grüße Jorrit.

[purkinje]

Guten Abend Herr Höbel,

ein paar Fragen zu meinem Verständniss:
• wie ist das Testpräp eingebettet, ist das bekannt?
• welchen Kondensor, welcher Ap haben sie verwendet (bei allen Aufnahmen nicht immergiert soweit ich es verstanden habe)
• wie sind die Aufnahmen der oberen Reihe beleuchtet (Glühlampe+Filter? LED?) , geschätzte Wellenlänge?
• welche ungefähre Wellenlänge nehmen sie an hat die weiße LED mit dem BG12?

Schon einmal besten Dank

[olaf.med]

Hallo Peter,

der verwendeten Ölimmersion (Kondensor nicht immergiert)

das verstehe ich nicht! Was bringt die Ölimmersion, wenn man beleuchtungsseitig die notwendige Apertur nicht anbietet

Herzliche Grüße,

Olaf

[peter-h]

zu den Fragen
@ Stefan

• wie ist das Testpräp eingebettet, ist das bekannt?
nur mit Balsam beschriftet. Stammt um 1980-1985 vermutlich Microthek Hamburg

• welchen Kondensor, welcher Ap haben sie verwendet (bei allen Aufnahmen nicht immergiert soweit ich es verstanden habe)
apl.achr. Kondensor mit NA 1,4 nicht immergiert

• wie sind die Aufnahmen der oberen Reihe beleuchtet (Glühlampe+Filter? LED?) , geschätzte Wellenlänge?
LED Cree XM-L mit 5000K


• welche ungefähre Wellenlänge nehmen sie an hat die weiße LED mit dem BG12?
Maximum bei 420 - 430nm

@ Olaf
streng nach Köhler soll die Aperturblende ca. 2/3 der Objektiv-Apertur ausleuchten. Für das PL Apo 40/1,0 reicht also in jedem Fall ein trockener Kondensor. Bei dem CZJ Apo 100/1,32 wäre vermutlich noch etwas mehr an Auflösung möglich. Den Versuch habe ich versäumt.  

Grüße
Peter

[olaf.med]

Hallo Peter,

streng nach Köhler soll die Aperturblende ca. 2/3 der Objektiv-Apertur ausleuchten.

Gilt das nicht nur für einen Kompromiß zwischen Auflösung und Kontrast? Nach meinem Verständnis hat man die maximale Auflösung nur, wenn man die Objektivapertur auch wirklich voll nutzt. Das können aber evtl. die Theoretiker in unserem Kreise mal erklären.

Herzliche Grüße,

Olaf

[peter-h]

Hallo Olaf,

leider habe ich den Versuch abgebaut und finde so einfach nicht wieder diese Nitzschia im Streupräparat. Vielleicht schaffe ich es nochmal ?
Ich ging von der üblichen Formel aus : d = λ / (NA Obj. + NA Kond.) , d.h.:
1. Objektiv NA 1,32 , Kondensor nicht immergiert ~ 0,95 , weißes Licht (stimmt nicht ganz -> LED)
0,55 µm / (1,32 + 0,95) = 0,24 µm

2. Objektiv NA 1,32 , Kondensor immergiert  1,32 , weißes Licht (stimmt nicht ganz -> LED)
0,55 µm / (1,32 + 1,32) = 0,21 µm

3. Objektiv NA 0,95 , Kondensor nicht immergiert ~ 0,95 , UV-LED @ 365nm
0,365 µm / (0,95 + 0,95) = 0,19 µm

Nach dieser Überlegung bringt die kurze Wellenlänge selbst bei immergiertem Kondensor Vorteile. Zusätzlich verschafft man sich mit der kürzeren Wellenlänge noch einen anderen Vorteil. Nach mehreren Messungen fand ich, dass der Brechwert des Einbettmediums zu kurzen Wellenlängen steigt. http://www.mikroskopie-ph.de/Einbettung.html
Für Zrax können die RI Werte > 1,75 werden. Damit nimmt der Bildkontrast zu.

Schönes Wochenende
Peter

[Holger Adelmann]

Zitat:
A)

Nach meinem Verständnis hat man die maximale Auflösung nur, wenn man die Objektivapertur auch wirklich voll nutzt.

B)

Das verstehe ich nicht! Was bringt die Ölimmersion, wenn man beleuchtungsseitig die notwendige Apertur nicht anbietet

Lieber Olaf,

zu Deinen Fragen:
A) Richtig, aber: Die sichtbare Auflösung (also das, was wir als "Strukturerkennung" wahrnehmen) ist eine Funktion vor tatsächlicher Auflösung und Bildkontrast. Daher können Verfahren wie AVEC [Allen video enhanced contrast] noch Strukturen sichtbar machen, die das unbewaffnete Auge am Okular nicht wahrnehmen kann, die aber aufgelöst sind (nur uuuunglaublich schwach im Kontrast - siehe Bild: Der AVEC Effekt ist im roten Kreis dargestellt).

B) Auch bei ziemlich orthogonalem Strahlengang (also bei sehr kleiner Kondensorapertur) wird am Objekt Licht abgebeugt, also entsteht selbst dann ein Beugungsbild und somit eine gewisse Auflösung.
Welche abbildungsseitigen Beugungs-Maxima in das Objektiv eindringen können um somit zur Auflösung beizutragen hängt also zunächst einmal von der Apertur des Objektives ab!
Bei hoher Kondensorapertur (und somit einem höheren Anteil schiefer Beleuchtung) erzeugt man noch stärkere Abbeugungen, also Maxima noch höherer Ordnung, dabei tragen diese dann (so sie dann doch noch ins Objektiv gelangen) zu einer entsprechend gesteigerten Auflösung als Folge einer gesteigerten Beleuchtungsapertur bei.
Die Ölimmersion bringt also auch etwas, selbst wenn man kondensorseitig eine gute (z.B. 0.9 ) aber nicht einmal die maximal mögliche Beleuchtungsapertur anbietet.

Herzliche Grüsse,
Holger

[olaf.med]

Danke, Holger!

Die Ölimmersion bringt also auch etwas, selbst wenn man kondensorseitig eine gute (z.B. 0.9 ) aber nicht einmal die maximal mögliche Beleuchtungsapertur anbietet.

Darf ich das so verstehen, dass es schon etwas bringt, aber dass der Gewinn an Auflösung mit Immersion des Kondensors noch besser wäre? Wenn ja, dann sollte Peter seine Versuche aber unter optimalen Bedingungen - also mit beidseitiger Immersion - machen.

Herzliche Grüße,

Olaf

[Stefan_O]

Darf ich auch noch anmerken, dass bereits eine schmalbandige Lichtquelle eine bessere Auflösung bringt, da dadurch quasi alle chromatischen Fehler der Optik beseitgt werden. Ich sehe immer wieder, dass ich mit den 6 nm breiten Interferenzfiltern viel schärfere Aufnahmen bekomme als mit weissem Licht, egal bei welcher Filter-Wellenlänge. (Es ist erstaunlich, wieviel man Kurbeln muss, um beim Wechsel von 400 nm nach 560 nm wieder scharf zu stellen).

Die UV LED von Peter ist schmalbandiger als die BG12 Kombination. Um zu sehen, obe es wirklich an der Wellenlänge liegt oder an der Bandbreite, bräuchte es eigentlich einen Vergleich mit geicher Bandbreite aber anderer Wellenlänge. (Nein, ist keine Aufforderung zur Beschäftungungstherapie.... )

Gruss,
Stefan

[Holger Adelmann]

Hallo Olaf,

ja natürlich, mit immergiertem Kondensor UND immergiertem Objektiv erreicht man das optimale auf der Beleuchtungs- und Abbildungsseite.

Und wie auch völlig richtig von Peter(_h) und Stefan angemerkt wurde, verbessert sich die Auflösung weiter bei Anwendung von möglichst kurzwelligem Licht, bzw. zusätzlich auch sehr schmalbandigen Filtern,
da bei letzteren die Abbildungsfehler der Linsensysteme weiter verringert werden.

Stefan und ich haben beide schon multispektrale Aufnahmen gemacht und dann zu einem quasi Farbbild zusammengesetzt.

Übrigens - Peter, Du hast ja auch eine hochwertige s/w Kamera. Wenn Du mit den drei RGB-Farbfiltern Kodak Wratten No. 58, No. 25 und No 47B je ein s/w Bild aufnimmst
(wie Stefan schon anmerkte mit Schärfekorrektur nach den Filterwechseln !!) und dann die 3 Kanäle zu einem RGB-Farbbild kombinierst, bekommst Du hervorragende, sehr scharfe Farbbilder.
Bei unbewegten Objekten ist dies m. E. die erste Wahl gegenüber einer Farbkamera mit Bayer Filter und einer auch bei hochkorrigierten Objektiven nicht 100%iger Schärfekorrektur bei den verschiedenen Farben.

Herzliche Grüsse
Holger

[peter-h]

Ein Hallo in die Runde.

Bevor ich das Wochenende mit weiteren unzulänglichen Versuchen verbringe, wäre eine genaue Definition der Versuchsbedingungen sinnvoll.
1. Halogenleuchte / weiße LED ?
2. Kondensor trocken / immergiert ?
3. Testobjekt ? Diatomeen ? Nitzschia sigma / Nitzschia obtusa / Frustulie rhomboides / Surirella gemma ? (das ideale Testgitter besitze ich nicht)
4. Objektiv ? Zeiss Planapo 100/1,3 / CZJ Apo 100/1,32 / Leitz Apo 90/1,40 oder ?
5. monochrome Kamera DMK72 Pixel 2,2 x 2,2µm / Farbkamera DFK72 / CCD-Kamera DBK41 (ohne IR-Sperrfilter) ?
6. Filter ?
7. wie die Daten aufbereiten ?

So kann diese Liste noch in vielen Punkten vervollständigt werden.

@ Holger
ich könnte einen Filtersatz von Astronomik nehmen.


und mit welchem Objekt und welcher Beleuchtung ?

Frohes nachdenken
Peter

[Holger Adelmann]

Hallo Peter,

ja prima, diese Filter sollten auch gehen, evt. musst Du am fertigen Farbbild noch einen Weissabgleich machen.

Ich würde div. Objektive mit versch. Farbkorrektur testen, weisse LED vs Halogenlampe.

Objekte - nun, wie Stefan schon angemerkt hat sind ja Diatomeenschalen am besten monochromatisch zu beleuchten und aufzunehmen, die sind ja nicht bunt.
Also hier geht es ja dann um die Schärfe / Auflösung bei FArbaufnahmen bzw. Vergl. Farbkamerabild vs. Monokamera-RGB-Komposit.
Also Objekt würde sich ein bunter Pflanzenschnitt sowie ein bunter Histoschnitt eignen - beide mit mit vielen Details.

Bilder nicht geschärft. Du kannst ja die Bilder der Farbkamera mal in die RGB Kanäle zerlegen und staunen welcher Kanal am schärften oder am verrauschtesten ist - ist wirklich interessant !

LG
Holger

[smashIt]

Ich ging von der üblichen Formel aus : d = λ / (NA Obj. + NA Kond.)

mal eine frage von einem nicht-physiker:
stimmt die gleichung überhaupt?
die summe der beiden NA im nenner kommt mir etwas dubios vor

[Frank D.]

Ich ging von der üblichen Formel aus : d = λ / (NA Obj. + NA Kond.)

mal eine frage von einem nicht-physiker:
stimmt die gleichung überhaupt?
die summe der beiden NA im nenner kommt mir etwas dubios vor

Hallo Chris,

das "+ nA(Kond.)" steht für die möglichen Werte zwischen 0 (der einfachen geraden Beleuchtung) und 2 (einer schiefen Beleuchtung, bei der Beleuchtungsapertur und Objektivapertur identisch sind). Für diese beiden Extremfälle steht dann in der Formel vor der nA(Obj.) entweder gar nichts, oder eben eine 2.

Herzliche Grüße
Frank