Grundlagen zur Auflösung

[Markus1201]

Mein Grundverständnis zur Auflösung ist noch etwas dürftig. In meinem Fall geht es um Auflicht mit Digitalkamera.

Angenommen die Beleuchtung ist gegeben, dann hängt die optische Auflösung ausschließlich von der numerischen Apertur des Objektivs ab.

Haben verschiedene Linsen (2.5x, 4x, 5x) im Phototubus eine Auswirkung auf die optische Auflösung? Welche sollte man bevorzugen und können die Unterschiede nicht ohnehin durch den Abstand zum Kamerasensor ausgeglichen werden?

Es gibt Linsen mit gleicher Apertur (0.95) und verschiedenen Vergrößerungen (100, 200). Wäre es dann gut die geringste Vergrößerung und dafür eine Kamera mit mehr Pixel zu wählen? Dadurch bekommt man einen größeren Bildausschnitt, vorausgesetzt das Licht reicht für die kleinere Pixelfläche aus.

Eignen sich Öl-Immersions-Objektive für Proben ohne Deckglas oder bekommt man Probleme mit Teilchen die sich im Öl lösen und eventuell auf der Linse ablagern?

Ich möchte mein zukünftiges System sinnvoll abstimmen um die maximale Auflösung zu erreichen. Bitte korrigiert meine Aussagen und lasst mich eure Meinung wissen.

[Kurt Wirz]

Hallo

Er will alles und gibt nix!
Keine Begrüssung, kein Dank, keine Verabschiedung, nicht mal seinen Namen nennt er.
Wer ist er denn, muss man ihn kennen?

Habe geschlossen!

Kurt

[Markus1201]

Hallo Kurt!

Keine Begrüssung, kein Dank, keine Verabschiedung, nicht mal seinen Namen nennt er.

Bitte entschuldige vielmals diesen Fauxpas, in der Bemühung meine wirren Gedanken zusammenzufassen, hab ich doch glatt auf die Höflichkeiten vergessen.

Wer ist er denn, muss man ihn kennen?

Natürlich muss man mich nicht kennen, ich bin ja erst seit kurzem in diesem Forum unterwegs. Hier ist meine Vorstellung zu finden. Wenn du sonst noch Fragen zu meiner Person hast lass es mich einfach wissen.

Viele Grüße
Markus

[Kurt Wirz]

Hallo Markus

Wo ein Wille ist, ist ein Weg. Nun musst du nur noch dein Wille näher definieren.
"Auflicht mit Digitalkamera" und "Öl-Immersions-Objektive" sind unterschiedliche Bereiche in der Mikroskopie.
Nenne uns doch Beispiele, was du fotografieren möchtest.

Kurt

[Markus1201]

Hallo Kurt!

Nenne uns doch Beispiele, was du fotografieren möchtest.

Es geht wieder um integrierte Schaltkreise, aber da es allgemeine Überlegungen sind, die zu meinem Verständnis beitragen sollen, kann man es als nichtdurchsichtige Probe mit glatter Oberfläche ansehen.

"Auflicht mit Digitalkamera" und "Öl-Immersions-Objektive" sind unterschiedliche Bereiche in der Mikroskopie.

Die Frage bezüglich des Öls kam wegen einem bestimmten Objektiv auf: Nikon M Plan 100 1.25 oil 210/0
Ich dachte, dass die 210 mm Tubuslänge, speziell für Auflicht ist, da der Illuminator die zusätzlichen 50 mm zu den üblichen 160 mm beträgt.
Das hat mich interessiert, weil sich dadurch die Auflösung verbessern lassen müsste.

Viele Grüße
Markus

[Oecoprotonucli]

Die Frage bezüglich des Öls kam wegen einem bestimmten Objektiv auf: Nikon M Plan 100 1.25 oil 210/0
Ich dachte, dass die 210 mm Tubuslänge, speziell für Auflicht ist, da der Illuminator die zusätzlichen 50 mm zu den üblichen 160 mm beträgt.
Das hat mich interessiert, weil sich dadurch die Auflösung verbessern lassen müsste.

Hallo Markus,

wodurch müsste sich die Auflösung verbessern lassen?

Ganz allgemein von Öl-Immersionsobjektiven zu sprechen, ist auch nicht zielführend. Es gibt Ölimmersionsobjektive für die Benutzung mit oder ohne Deckglas (ist meist auf dem Objektiv angegeben, z.B. ist bei Deinem Objektiv die "Deckglasdicke" 0, also wohl ohne Deckglas). Wenn es "für ohne" ist, ist es natürlich der Zweck eines solchen Ölimmersionsobjektivs, entsprechend benutzt zu werden. Dass eine Verschmutzung des Objektivs dennoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen ist, sagt einem der gesunde Studentenverstand   . Solltest Du also von Fall zu Fall entscheiden, ob sich da etwas lösen und festsetzen kann. Und putzen lässt sich ein Objektiv ja auch hinterher.

Was Deine allgemeinen Mikroskopie-Kenntnisse angeht, musst Du wohl einfach durch die Literatur schmökern, z.B. Klaus Henkels Mikrofibel, die oben in der Kopfzeile des Forums verlinkt ist und auch im Forum kannst Du stöbern oder nach Stichwörtern suchen, dort gibt es einen reichlichen Fundus an Lesestoff...

Viele Grüße

Sebastian

[Kurt Wirz]

Hallo Markus

Wenn du die Schaltkreise im Auflicht nur fotografieren willst, dann erhältst du mit einer hohen Apertur eine hohe Auflösung, wählst du eine noch höhere Apertur, bei gleicher Vergrösserung, dann ist die Auflösung höher, doch üblicherweise die freie Arbeitsdistanz geringer und somit die durchgehend gleichmässige Beleuchtung schwieriger. Eine höhere Apertur bringt auch eine geringere Tiefenschärfe, was eventuell für dich nicht dienlich ist.

Mit dem Nikon M Plan 100/1.25 oil 210/0 kenne ich mich nicht aus, da ich für Auflicht das Nikon M Plan100/0.80 ELWD 210/0 verwende, es hat wohl optisch gesehen eine geringere Auflösung, jedoch bedingt durch den grösseren freien Arbeitsabstand (2mm) lässt sich das Objekt bei Auflicht besser beleuchten, was wieder für eine höhere Auflösung dienlich sein kann.
Bedenke auch hier, dass die Tiefenschärfe bei einer Apertur von 1.25 noch etwa 41% der Tiefenschärfe einer Apertur von 0.8 beträgt.

Kurt

[peter-h]

Hallo Markus,

nur zur weiteren Ergänzung ein Beispiel, hier von Olympus (alte Baureihe).


Es gibt Trockenobjektive mit einer max. Apertur von 0,95. Wie nun in der Tabelle zu sehen liegt die theoretische Auflösung bei 0,35µm. Das Objektiv vergrößert 100x und so erhält man für die Zwischenbildebene 35µm. Das ist fast für jede Kamera ein Kinderspiel.
Selbst mit einem Immersionsobjektiv für Auflicht mit NA ~ 1,3 kommt man auf eine max. Auflösung von 0,25µm und somit 25µm in der Zwischenbildebene. Auch kein Problem. Selbst bei Pixel mit 5,6µm sind es noch  4,5 Pixel.  Theoretisch reichen 2,5 Pixelabstände aus (hell-dunkel-hell),

Vielleicht hilft diese einfache Betrachtung
Gruß
Peter

[TPL]

Hallo Markus,

wenn Deine Objekte eben sind und (sehr wahrscheinlich) mit koaxialem Auflicht beleuchtet werden, sind Angaben über den freien Arbeitsabstand (nicht: Arbeitsdistanz) unerheblich. Starke Auflicht-Immersionsobjektive sind üblicherweise zur Verwendung ohne Deckglas gemacht und haben den Zweck, die Auflösung gegenüber gleich starken Trockensystemen zu erhöhen. Auflösung ist eine Funktion der Apertur; nicht der Vergrößerung.

Daneben ist in vielen Fällen auch der Kontrast mit Immersion besser (ein Grund, weshalb es in der Auflichtmikroskopie auch ganz schwache Immersions-Objektive gibt).

Solange also die Probe Immersionsöl verträgt, spricht alles für die Verwendung eines Imm.-Objektivs. Aus eigener Erfahrung weiß ich von schwierigen Materialien (Bitumina), die mit dem Öl wechselwirken und durch Verfärbung und Schlieren die Abbildung verschlechtern. Das lohnt es sich, vorher ausprobieren. In manchen Fällen hilft der Wechsel des üblichen Immersionsöls gegen Paraffinöl oder Glyzerin.

Viel Erfolg
Thomas

[Markus1201]

Vielen Dank für diese kompetenten Antworten.

Mir war der Zusammenhang zwischen Auflösung und Schärfentiefe nicht bewusst. Auch die Information über die Verwendung von Öl im Auflicht war sehr aufschlussreich.

Es hat mich verwundert, dass es in einer Serie von Objektiven ein 100/0.95 und ein 150/0.9 gibt. Das bedeutet doch weniger Auflösung mit mehr Vergrößerung.

Viele Grüße
Markus

[Oecoprotonucli]

Es hat mich verwundert, dass es in einer Serie von Objektiven ein 100/0.95 und ein 150/0.9 gibt. Das bedeutet doch weniger Auflösung mit mehr Vergrößerung.

Hallo Markus,

die Faustregel - und Faustregeln gelten immer nur ungefähr -  besagt ja, dass die sinnvolle Gesamtvergrößerung (also unter Einbeziehung des Okulars etc.) kleiner oder gleich 1000 x numerische Apertur ist.

Wie ja nun schon ersichtlich wurde, gibt es eben noch mehr interessante Parameter bei einem Objektiv (Schärfentiefe, Kontrast, freier Arbeitsabstand, Korrektur von Abberationen etc.). Wenn man sich mal in Fotozeitschriften/Internetseiten usw. über Kameraobjektive informiert, haben die ja auch sehr viele Eigenschaften, von denen man sich dann die aussuchen muss, die am besten gefallen/für den jeweiligen Zweck geeignet sind. Warum sollte es bei Mikroskopobjektiven anders sein... Jedenfalls ist es wohl bei der Konstruktion oft so, dass man kaum alle positiven Eigenschaften gleichzeitig maximieren kann bzw. sich gewisse Dinge gegenseitig ausschließen und widersprechen.

Da meine Kenntnisse da auch nur oberflächlich und allgemein sind, kommt mir zu Thomas' Beitrag auch noch eine Frage:

Auflösung ist eine Funktion der Apertur; nicht der Vergrößerung.

Warum haben in der Regel die geringer vergrößernden Objektive eine geringere numerische Apertur? Ist es bei denen nicht möglich oder extrem aufwändig, eine größere n.A. herzustellen? Bei den stärkeren Objektiven geht es ja auch, ohne dass diese z.B. sehr viel teurer als die schwächeren sind (?). Aufgrund der erreichbaren Auflösung ist natürlich klar, dass es unsinnig wäre, starke Objektive mit geringer n.A. herzustellen - aber es wäre ja nicht unsinnig, schwache Objektive mit hoher n.A. herzustellen.

In der Hoffnung auf "Auflösung"...

Sebastian

[Klaus Henkel]

Es hat mich verwundert, dass es in einer Serie von Objektiven ein 100/0.95 und ein 150/0.9 gibt. Das bedeutet doch weniger Auflösung mit mehr Vergrößerung.

Auflösung ist eine Funktion der Apertur; nicht der Vergrößerung.

Warum haben in der Regel die geringer vergrößernden Objektive eine geringere numerische Apertur? Ist es bei denen nicht möglich oder extrem aufwändig, eine größere n.A. herzustellen? Bei den stärkeren Objektiven geht es ja auch, ohne dass diese z.B. sehr viel teurer als die schwächeren sind. Aufgrund der erreichbaren Auflösung ist natürlich klar, dass es unsinnig wäre, starke Objektive mit geringer n.A. herzustellen - aber es wäre ja nicht unsinnig, schwache Objektive mit hoher n.A. herzustellen.

In der Hoffnung auf "Auflösung"...

Sebastian

Naja, Auflösung ist eben nicht alles. Manchmal braucht man hohe Vergrößerungen, aber nur geringe Auflösung. So hat Leitz für solche Zwecke seinerzeit Objektive für das Auszählen der Körnigkeit von Negativ-Filmen hergestellt: 160 x / 0,95 oder Apo 160x / 1,40. Oder für orientierende Beobachtung im polarisierten Licht. Oftmals nur in geringer Stückzahl für eine kleine Handvoll Anwender. Pol-Pbjektive müssen oftmals völlig spannungsfreie Linsen haben und spannungsfrei gefaßt sein. Da man hohe Aperturen bei starken Vergrößerungen aber kaum anders als mit starken Krümmungen der Linsenoberflächen realisieren konnte, verzichtete man oft auf hohe Ap. bei Pol-Objektiven.

usw. usw. usw.
So haben Leitz und Zeiss für ganz spezielle, seltene Anwendungen Spzialitäten konstruiert, die beim "Normalanwender" heute Verwunderung auslösen.

Schwache Objektive, z. B. 4x, 10x, 16x  haben in Verhältnis zur Ihrer Maßstabszahl in d. R. durchaus stark überdimensionierte Aperturen. Rechnen Sie das mal nach.

Gruß
KH

[Eckhard]

Hallo Sebastian,

Es gibt natürlich Objektive mit hoher NA und kleinem Maßstab. Beispiele hierfür: Zeiss Planapochromaten 10x/0.45 und 20x/0.80.

Herzliche Grüsse,
Eckhard

[Oecoprotonucli]

Hallo Herr Henkel, hallo Klaus, hallo Forum,

Schwache Objektive, z. B. 4x, 10x, 16x  haben in Verhältnis zur Ihrer Maßstabszahl in d. R. durchaus stark überdimensionierte Aperturen. Rechnen Sie das mal nach.

Gut, die Beispiele

Es gibt natürlich Objektive mit hoher NA und kleinem Maßstab. Beispiele hierfür: Zeiss Planapochromaten 10x/0.45 und 20x/0.80.

gehen schon in diese Richtung und haben natürlich verhältnismäßig große Aperturen. Aber frech gefragt: Warum nicht jedes Mal ein fiktives Objektiv 10x/0.95 ? Ist das physikalisch oder technisch nicht machbar? Man könnte ja dann z.B. oben ein ebenfalls fiktives 95x Okular einsetzen.

Es ist/war ja wohl ein Grund, dass man leichter und praktischer die gewünschte Bildqualität und Vergrößerung erreicht, wenn man das Objektiv statt des Okulars auswechselt, um stärker zu vergrößern. Aber wenn man von Markus' Frage bezüglich Kameraauflösung das Ganze mal modern, digital betrachtet, könnte man doch tatsächlich so mit quasi ein, zwei Objektiven (eines für Luft, eines für Immersion) auskommen, und die Vergrößerungsstufen über einen digitalen/elektronischen Zoom (bzw. einen entsprechenden Ausschnitt des Bildes vom Chip) erreichen? Wäre das technisch möglich?*

Besten Gruß

Sebastian

* Nachtrag: Natürlich könnte man es auch umgekehrt machen: Ein 100er Objektiv mit hoher Auflösung nehmen, das Präparat mit mehreren Aufnahmen als großes Feld "abscannen" und dann später "stitchen" und am Computer verkleinern bzw. sich eben die gewünschte Vergrößerung und den gewünschten Ausschnitt aussuchen. Bei dieser Variante würde man aber doch wohl mit einer zu geringen Schärfentiefe zu kämpfen haben?

Zweiter Nachtrag: Ist der Zusammenhang zwischen Apertur (zunehmend) und Schärfentiefe (abnehmend) streng, wie oben von Kurt Wirz beschrieben? Und hat nichts mit der Vergrößerung zu tun? Dann hätte ich mir die Antwort natürlich selbst gegeben: Die Schärfentiefe wäre einfach zu gering, man nimmt diesen Nachteil möglichst nur bei hoher Vergrößerung in Kauf, weil man da die hohe Apertur wegen der Auflösung unbedingt braucht; nicht aber bei den schwächeren Objektiven. Ich hoffe, das stimmt so ungefähr?

(Die numerische Apertur eines Objektivs kann man ja wohl durch folgende Faktoren erhöhen: Arbeitsabstand verkleinern, Objektiv-Frontlinse vergrößern, immergieren).

[Werner]

Hallo Sebastian!

Ein 10x-Objektiv hat etwa 16mm Brennweite. Für die gewünschte hohe Apertur müßte die Frontlinse eine Durchmesser von 30mm haben. Das beißt sich aber dann mit dem RMS-Gewinde.
Mit M42-Gewinde am Revolver geht das - dat gibbet es aba nich.

Gruß   -   Werner