Frage zum Objektiv (Infinity Corrected Objectives), Fluoreszenzmikroskopie

John · August 21, 2014, 14:50:28 NACHMITTAGS

Hallo,

ich möchste im Labor ein Mikroskop aufbauen. Im wesentlichen entsprich das ganze einer Fluoreszenzsmikroskopie:

Ich habe 2 Microdisks (5µm Durchmesser) in welchen Quantenpunkte sitzen, welche ich mit einem Laser anrege. Was ich nachher sehen will, sind Moden am Rand der Disk. Wenn ich also das Laserlicht abblocke und das sozusagen fluoreszierende Licht der Disk durchlasse, müsste ich Ringe sehen. Diese will ich auf einem CCD Chip abbilden.
Ich habe das auch schonmal versuchsweise gemacht. Für dieses Bild hatte ich einfach ein Objektiv dieser Art: http://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=1044&pn=RMS4X.

Das Ergebnis ist ein unscharfes Bild (kann man hier Bilder hochladen? Dann könnte ich es zeigen..)

Ich will nun noch eine Linse einfügen, die mir die nach dem Objektiv parallelen Strahlen auf den CCD Chip fokussiert, in etwa also so:

Nun zu meiner Frage. Thorlabs verkauft Objektive auf welchen nur die Vergrößerung angegeben ist: http://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=1044&pn=RMS4X.
Hinter dieser Art von Objektiv ist der Strahlengang wie oben gezeigt parallel (sodass ich optische Filter einbauen kann ohne den Strahlengang zu beeinflussen). Um auszurechnen welche Vergrößerung ich bekomme, damit ich die Disks möglichst gut auf dem CCD Chip abbilden kann, müsste ich den Quoteiten aus der Brennweite der Linse und der Brennweite des Objektivs bilden. Also V= FL/ FO. Thorlabs gibt die Brennweite des Objektivs aber nicht an.

meine Frage also:
1. worauf bezieht sich die angegebene Vergrößerung? schließ´lich ist der Strahlengang nach dem Objektiv doch parallel (wie auf diesem Bild von thorlabs:)

2. ist es möglich aus dieser angegebenen Vergrößerung die Brennweite zu berechnen, sodass ich die Vergrößerung des gesamten Systems (Objektiv + Tubuslinse) berechnen kann?

Vielen Dank für jede Hilfe

JB · August 21, 2014, 17:22:52 NACHMITTAGS

Hallo John,

Die auf den Objektiven angegebene Vergroesserung gilt in Verbindung mit der dazu vorgesehenen Tubuslinse. Bei Nikon ist deren Brennweite 200mm, bei Olympus 180mm.
http://www.microscopyu.com/articles/optics/cfintro.html

Jon

JB · August 21, 2014, 17:29:06 NACHMITTAGS

Zitat von: John in August 21, 2014, 14:50:28 NACHMITTAGS
Das Ergebnis ist ein unscharfes Bild (kann man hier Bilder hochladen? Dann könnte ich es zeigen..)

Hier ist eine Anleitung zum Einstellen von Bildern. http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=653.0

Welches Objektiv benutzen Sie im Moment? Bei hohen Vergroesserungen ist die Praeparation Ihres Objektes besonders wichtig, insbesondere die Einbettung Ihrer quantum dots, das Abdecken mit einem Deckglas der richtigen Dicke und ggf. Immersionsoel.

reblaus · August 21, 2014, 17:34:04 NACHMITTAGS

Hallo -

anscheinend hast du bei deinem Versuchsaufbau ohne Tubuslinse auf den CCD-Sensor projiziert. Das verschlechtert die Qualität des Bildes bei stärkeren Objektiven beträchtlich, weil dann das Objektiv nicht ins Unendliche projiziert. Die in dem Link angebotene Tubuslinse hat eine Brennweite von 200 mm, das ergibt einen Vergrößerungsfaktor von 1,25, d.h. wenn du mit einem 40x Objektiv arbeitest ist das Bild 50x vergrößert.
Da du nicht angegeben hast wie groß dein Sensor ist und wie groß der abzubildende Kreis, kann man nicht sagen ob das für deine Zwecke ausreicht. Wenn es weiter vergrößert werden soll, brauchst du hinter der Tubuslinse noch ein Projektionsokular.

Gruß

Rolf

P.S. Wird das Zusammenstückeln deines Versuchsaufbaus nicht wesentlich teurer als ein gebrauchtes Mikrokop mit Unendlich-Optik und Auflichtkondensor? Dort passen die Teile jedenfalls zusammen!

John · August 21, 2014, 17:54:56 NACHMITTAGS

Zitat von: JB in August 21, 2014, 17:22:52 NACHMITTAGS
Hallo John,

Die auf den Objektiven angegebene Vergroesserung gilt in Verbindung mit der dazu vorgesehenen Tubuslinse. Bei Nikon ist deren Brennweite 200mm, bei Olympus 180mm.
http://www.microscopyu.com/articles/optics/cfintro.html

Jon

ah super, dann macht das Sinn.

Zum Versuchsaufbau: In unserem Labor gestaltet sich das etwas schwierig einfach ein Mikroskop zu benutzen, weil die Probe in einem Kryostaten auf 4 Kelvin heruntergekült werden muss sodass die Quantenpunkte effizient sind. Normalerweise machen wir spektroskopische Untersuchungen und der Weg des emittierten Lichts zum Spektrometer geht über verschiedene Spiegel und ist in der Summe etwa 4m Lang. Meine Linse und den CCD Chip würde ich für diesen Zweck in den Strahlengang montieren.
Direkt über der Probe befindet sich das Objektiv welches einerseits das Laserlicht auf die Disk fokussiert und andererseits das emittierte Licht einsammelt und kolimiert und anschließend an das Spektrometer schickt. Das Objektiv lässt in etwa 0,05µm Schritten bewegen und so auf die Probe scharf stellen.

Nun hätte mein Prof eben gerne, dass wir ein ortsaufgelöstes Bild der Moden machen, also nicht einfach nur ein vergrößertes Bild (das könnte man tatsächlich in einem Üblichen Mikroskop machen) sondern ein Bild welches durch die "selbstleuchtenden" Moden erzeugt wird. Dazu nutze ich einen CCD Chip aus einem kaputten spektrometer, den ich aber noch nicht habe. Sobald ich die Werte weiß, werde ich versuchen auszurechenen, was ich am besten für eine Linse benötige.

Ich wusste eben nur nicht mit was für einem Wert für die Brennweite ich rechnen muss, wenn auf dem Objektiv nu 50x angegeben ist. Aber wie du sagst gilt dies ja offenbar für eine Tubuslinse mit f=200mm.

Ich werde später mal ein Bild der Disks hochladen

Danke jedenfalls schonmal für die schnellen Antworten!!!

JB · August 21, 2014, 18:23:57 NACHMITTAGS

Zitat von: John in August 21, 2014, 17:54:56 NACHMITTAGS
ah super, dann macht das Sinn.

Ich wusste eben nur nicht mit was für einem Wert für die Brennweite ich rechnen muss, wenn auf dem Objektiv nu 50x angegeben ist. Aber wie du sagst gilt dies ja offenbar für eine Tubuslinse mit f=200mm.

Allerdings nur, wenn das Objektiv von Nikon ist.

Zitat von: John in August 21, 2014, 17:54:56 NACHMITTAGS
Nun hätte mein Prof eben gerne, dass wir ein ortsaufgelöstes Bild der Moden machen, also nicht einfach nur ein vergrößertes Bild (das könnte man tatsächlich in einem Üblichen Mikroskop machen) sondern ein Bild welches durch die "selbstleuchtenden" Moden erzeugt wird.

Leider verstehe ich den Satz nicht. Koennen Sie das noch einmal umformulieren? Was sind Moden?

Das ganze klingt aber schon einmal nicht so einfach. Die ueblichen Objektive haben bei hohen Vergroesserungen einen kleinen Arbeitsabstand, zu klein um das Objektiv vor diesen geringen Temperaturen zu schuetzen (min Temperatur duerfte um die -20C liegen). Fuer solche Temperaturen haben die Firmen spezielle Vorrichtungen und/oder (teure) Objektive mit langem Arbeitsabstand (LWD, SLWD) gebaut.

Fuer unbedeckte Objekte und besonders langen Arbeitsabstand gibt statt Nikon auch Mitutoyo Objective, die es auf ausserordentlich lange Arbeitsabstaende bringen http://www.photomacrography.net/forum/viewtopic.php?t=11993

Deshalb noch einmal die Frage, welches Objektiv zum Einsatz kommen soll.

Jon

John · August 21, 2014, 18:34:37 NACHMITTAGS

Zitat von: JB in August 21, 2014, 18:23:57 NACHMITTAGS

Zitat von: John in August 21, 2014, 17:54:56 NACHMITTAGS
Nun hätte mein Prof eben gerne, dass wir ein ortsaufgelöstes Bild der Moden machen, also nicht einfach nur ein vergrößertes Bild (das könnte man tatsächlich in einem Üblichen Mikroskop machen) sondern ein Bild welches durch die "selbstleuchtenden" Moden erzeugt wird.

Leider verstehe ich den Satz nicht. Koennen Sie das noch einmal umformulieren? Was sind Moden?

Eine Lichtmode ist im Prinzip Licht einer ganz bestimmten Frequenz. In meinem Fall läuft das Licht im Kreis um die Disks herum (sogenannte whispering gallery modes), denn am Rand der Disk wird das Licht total reflektiert. Dieses Licht, das will ich jedenfalls versuchen, soll dann in eine weitere Disk quantenmechanisch tunneln, die etwa 100nm neben der ersten Disk steht.

Zitat von: JB in August 21, 2014, 18:23:57 NACHMITTAGS
Das ganze klingt aber schon einmal nicht so einfach. Die ueblichen Objektive haben bei hohen Vergroesserungen einen kleinen Arbeitsabstand, zu klein um das Objektiv vor diesen geringen Temperaturen zu schuetzen (min Temperatur duerfte um die -20C liegen). Fuer solche Temperaturen haben die Firmen spezielle Vorrichtungen und (teure) Objektive mit langem Arbeitsabstand (LWD, SLWD) gebaut.

Deshalb noch einmal die Frage, welches Objektiv zum Einsatz kommen soll.

Jon

Das Objektiv befindet sich außerhalb des Kryostaten und somit bei Raumtemperatur. Die Probe ist in einem Kryostaten in welchem ein hohes Vakuum herrscht. Direkt über der probe befindet sich ein glasdeckel und darüber dann das Objektiv. Insgesamt hat dies den richtigen Abstand, wir machen mit diesem Aufbau schon seit Jahren spektroskopische Untersuchungen.
Was für ein Objektiv, Linse, CCD Chip ich verwende muss ich mir noch überlegen. Ich werde morgen alles durchrechnen und dann mal schauen, was ich benötige.

JB · August 21, 2014, 18:44:17 NACHMITTAGS

Zitat von: John in August 21, 2014, 18:34:37 NACHMITTAGS
Das Objektiv befindet sich außerhalb des Kryostaten und somit bei Raumtemperatur. Die Probe ist in einem Kryostaten in welchem ein hohes Vakuum herrscht. Direkt über der probe befindet sich ein glasdeckel und darüber dann das Objektiv. Insgesamt hat dies den richtigen Abstand, wir machen mit diesem Aufbau schon seit Jahren spektroskopische Untersuchungen.
Was für ein Objektiv, Linse, CCD Chip ich verwende muss ich mir noch überlegen. Ich werde morgen alles durchrechnen und dann mal schauen, was ich benötige.

OK. Das ist ja schon weit fortgeschritten. Falls die Bilder trotzdem verschwommen sind, sollten Sie die Optik hier mal vorstellen, fuer den Fall dass sich da Fehler eingeschlichen haben.

Jon

Werner · August 21, 2014, 20:27:51 NACHMITTAGS

Hallo John!

Für Unendlich-Systeme verwendet man am besten die Fernrohrformel (ist ja auch ein Unendlich-System).
Vergrößerung = f Objektiv / f Okular. Hier: f Tubuslinse / f Objektiv.
Bei 50x ist die Brennweite also 1/50 der Tubuslinsen-Brennweite.
Für Olympus (180 mm) als 3,6 mm - für 200 mm dann 4,0 mm.
Da erkennt man wenigstens den Brennweitenbereich.
Das ist aber NICHT der Abstand von der Linsenfassung, sondern von der (unbekannten) vorderen Hauptebene.
Das geht nur im Mikroskop: Auf Objektträger(marke) scharfstellen und den Abstand dann mit einem Spion ermitteln.
Jetzt bekommt man auch den Abstand der Hauptebene von der Linsenfassung.

Gruß - Werner