Kondensorapertur größer 1 - Wozu?

[MikroTux]

Hallo,
Ein Abbekondensor 1,2; 1,25 oder gar Kondensoren mit einer numerischen Apertur von 1,4, auch besser korrigiert sind ja eher gänig als selten. Die meisten Routine-Mikroskope kommen ja so ausgerüstet daher.
Allerdings frage ich mich nach dem praktischen Nutzen einer so hohen Kondenserappertur. Da im Hellfeld meist auf 3/4 bis eher 2/3 der Objektivapertur zugunsten des Kontrastes abgeblendet wird, müsste auch ein Kondensor mit n.A. von 1 ohne emergieren in der Praxis ausreichen. Bei den Achromaten 1,2...1,3 eigentlich auf alle Fälle.
Ich hatte gedacht, ich könnte beim Dunkelfeld mit einer größeren schwarz Scheibe und durch emergieren eine höhere Apertur als 1 nutzen, um dann festzustellen, daß das vom Wassertropfenrand reflektierte Licht den Dunkelfeldversuch zunichte macht.
Ergo - die hohen Kondensoraperturen, also nur um jedesmal die Physik zu kontrollieren, um nachzusehen, daß bei offener Apertur das Bild flauer ist? - Oder gibt es in der Praxis eine Anwendung wo die Kondensorapertur 1,2 wirklich genutzt wird?
Obwohl mir das ja auch egal sein könnte, die Dinger werden eben so hergestellt, bin ich da gerade am grübeln. Was sagt Ihr dazu?

Frieder

[Gunther Chmela]

Hallo Frieder,

die erste Überlegung ist richtig: Für die allermeisten Hellfelduntersuchungen reicht auch für die stärksten Objektive ein Trockenkondensor mit NA = 0,9. Wenn man nämlich die Kondensorapertur (durch Immersion) der Objektivapertur annähert oder sie womöglich sogar gleich macht, dann wird der Kontrast meistens so gering, daß kaum noch etwas zu erkennen ist (obwohl die Auflösung theoretisch besser wäre).

Die zweite Überlegung allerdings geht offenbar von falschen Voraussetzungen aus. Für Dunkelfeld mit hochaperturigen Objektiven braucht man tatsächlich die hohe Apertur des immergierten Kondensors! Allerdings ist es dazu zusätzlich nötig, die Apertur des Objektivs so weit zu verringern (meist durch eine zu diesem Zweck eingebaute Irisblende), daß sich als Beleuchtung ein dicker Kegelmantel ergibt.

Mit einem Objektiv 40 / 1,0 Öl beispielsweise ist ohne Kondensorimmersion kein Dunkelfeld zu erzielen - und mit Immersion auch nur dann, wenn das Objektiv eine Iris hat, die man dann vorsichtig und nur im notwendigen Maß schließt.

Grüße
Gunther Chmela

[reblaus]

Hallo -

stimme völlig zu!

In der Tat ist es ja sogar so, dass sich die Auflösung ungefähr nach dem Durchschnitt der Kondensor- und der Objektivapertur richtet. Mit einem 0,9 Kondensor (etwa = nichtimmergierte 1,4 Frontlinse) und einem immergierten Objektiv der Apertur 1,3 hat man also etwa 1,1.
Die schmierige Ölerei des Kondensors lohnt sich also wirklich nur, wenn es um das letzte Quäntchen Auflösung geht und wenn man eine geeignete Färbung oder DIC (zur Not Schieflicht) nutzen kann.

Viele Grüße

Rolf

[Gunther Chmela]

Guten Morgen!

Wir können, wenn es auf Vereinfachung ankommt, sogar noch einen Schritt weiter gehen. Würde man etwa ein Mikroskop nur mit Trockenobjektiven ausrüsten (bzw. nur mit Objektiven der Apertur <1), was ja z.B. für pflanzenanatomische Untersuchungen meistens ausreicht, dann würde auch ein Kondensor mit der Apertur 0,6 genügen.

Solche Kondensoren sind aber an Kursmikroskopen kaum zu finden - man will halt die Möglichkeit einer Erweiterung "nach oben" nicht von vornherein ausschließen. Für hochwertige Satzkondensoren gibt es allerdings Frontlinsen mit der Apertur 0,6. Die Arbeit mit dieser Kondensorapertur ist sehr angenehm, weil sich dann nämlich die Aperturblende recht feinfühlig regulieren läßt. Für das "Arbeitspferd", das häufig verwendete Objektiv 40/0,65, ist so ein Kondensor geradezu ideal.

Schöne Grüße
Gunther Chmela

[peter-h]

Hallo Frieder,

ohne Objektiv mit NA 1,4 und Kondensor mit NA 1,4 und UV-Beleuchtung, gelingen mir solche Bilder nicht.


Teil einer Gyrosigma.

Es gibt also Spezialanwendungen und ich bin glücklich über diese hohe Apertur.
Gruß
Peter

[Gunther Chmela]

Lieber Herr Höbel,

nichts gegen Ihre wirklich wunderbaren Bilder! Ebenso nichts gegen Ihre Begeisterung für höchstaufgelöste Fotos und Ihre Freude am Experimentieren. Ich kann das sehr gut verstehen und nachempfinden.

Aber einmal ganz ehrlich: Sieht man denn auf dem Bild wirklich so viel mehr, als man sehen würde, wenn man die Gyrosigma (ich nehme an, es ist G. balticum) mit einem Objektiv NA=1,4, nicht immergiertem Kondensor und optimal eingestelltem Kontrast im normalen Hellfeld betrachtete? Ich kann das jedenfalls nicht feststellen. Ein wesentlicher Schritt in Richtung Objektähnlichkeit ist nach meinem Empfinden nicht erkennbar.

Anders ausgedrückt: Der Zuwachs an Erkenntnisgewinn steht in keinem Verhältnis zum technischen Mehraufwand.

Ich hoffe, Sie nehmen mir diese Kritik nicht übel.

Schöne Grüße
Gunther Chmela

[Dypsis]

... das hätte ich mich jetzt so nicht schreiben trauen, weil ich von beidem (Mikroskopieren und Fotografieren) viel zu wenig Ahnung habe, doch gedacht habe ich mir das auch.
(Wobei ich mich kaum bei diesem Thema einzumischen traue, s.o.)
Vor kurzem habe ich diese mir nicht bekannte Diatomee fotografiert. Objektiv NA 1.2, Kondensor NA 0.9, normales Hellfeld mit etwas schiefer Beleuchtung.


Ich las blutiger Anfänger würde meinen, dass die Auflösung nicht sooo viel schlechter ist. Oder sehe ich das falsch?

Grüße
Thomas

[l'œil armé]

Moin,

wenn das so ist, dass ein Trockenkondensor 0,9 ausreicht, und man vor Allem die "schmierige Ölerei" umgehen möchte, o.k. Dann ist aber der nächste Schluss aus dieser Überlegung, dass ein Immersionsobjektiv mindestens so fehl am Platz, folglich ein hochaperturiges Trockenobjektiv das Mittel der Wahl ist. Nun hat das aber so eine unpraktische Korrekturfassung, alles Mist. Eigentlich reicht doch auch ein Planachromat 40/0,60. Dann sollte man sich aber überlegen, ob man anstelle des erstrebten Axioplan nicht vielleicht doch lieber ein Standard Junior anschaffen sollte. Das nimmt dann nicht soviel Platz weg und man kann es in den Schrank stellen, wenn man es nicht braucht. Braucht man überhaupt ein Mikroskop? Spazierengehen ist ohnedies viel gesünder als in der stillen Kammer zu hocken ...

Mir fällt da immer ein sehr engagierter vormaliger Amateur und heutiger Berufler ein, der mir vor 20 Jahren im Brustton der Überzeugung erklärte: "Planobjektive braucht man nicht!!!" Sein bevorzugtes Gebiet war das Plankton und darunter die allerkleinsten Zappeltierchen. Heute im Beruf stehend kann ihm hingegen das geebnete Sehfeld nicht groß genug sein. Man sollte bei der Betrachtung der Geräte vielleicht doch bedenken, dass das eigene Betätigungsfeld nur einen winzigen Teil der möglichen Anwendungen darstellt.

Dazu kommt noch ein anderer, oft übersehener Gesichtspunkt: man muss am Mikroskop erst sehen lernen! Die Unterschiede in der Auflösung, im Kontrast und in der Farbwiedergabe zwischen einem guten Plan-Achromaten und einem Plan-Apochromaten sind nicht immer auf den ersten Blick wahrnehmbar. Für die Unterschiede zwischen einem immergierten und einem trockenen Kondensor gilt dies ähnlich. Das heißt aber nicht, dass sie nicht da und sichtbar sind. Dazu ist sehr viel vom Präparat, vor Allem von seiner Dicke abhängig. Ein PlanApo 63/1,4 Öl zeigt seine Vorzüge eigentlich erst richtig an einem gut gefärbten Schnitt mit weniger als 1 Mikrometern Dicke, Ausstrichen, Spreitungen oder z.b. Flagellaten, die direkt am Deckglas anliegen (siehe hier auch: Ölkammerverfahren nach Comandon und de Fonbrune) und hier zeigt sich dann auch der Vorzug der Kondensor-Immersion. Wer meint, zu einem 0,9ner Trockenkondensor und 7-10 Mikrometer-Schnitten unbedingt einen PlanApo 63/1,4Öl zu brauchen, schießt meines Erachtens etwas(?) über sein eigenes Ziel hinaus.

Ob einem der "Zuwachs an Erkenntnisgewinn" den Aufwand wert ist, muss jeder mit sich selbst ausmachen. Würde ich mich beispielsweise ausschließlich mit botanischen Paraffinschnitten und hin und wieder mit Handschnitten beschäftigen, stellte ich dies stark in Zweifel. Aber andere Aufgaben, andere Ziele, anderes Werkzeug. Ich habe beispielsweise eine ganze Zeitlang Epon-Schnitte in Stärken von 0,5-0,25 Mikrometern hergestellt. Da sieht das dann schon anders aus.

Freundliche Grüße

Wolfgang

[Gunther Chmela]

Hallo Wolfgang,

ich habe mich ausschließlich auf das von Herrn Höbel gezeigte Bild bezogen, auf sonst nichts!
Und alles, was vorher hier diskutiert worden ist, war ganz allgemeiner Art, bezogen auf die Eingangsfrage von Frieder.

Schöne Grüße
Gunther Chmela

[reblaus]

Hallo Wolfgang -

Vorsicht, ein Anfänger könnte Deinen Eingangsabschnitt  ernst nehmen, wenn er nicht merkt, dass die Argumentenkette schon am Anfang beim Schritt zum 0,9 Trockenobjektiv brüchig ist. Selbst wenn die Korrekturfassung richtig eingestellt sein sollte, ist da doch ein himmelweiter Qualitätssprung zur einfachen Immersion, im Vergleich zu dem Schritt von der einfachen zur doppelten.
Zum Unterschied PlanApochromat/PlanAchromat wäre zu sagen, dass das Objekt mit dem Korrekturring eines ZeissPlanapo 40x/0,95 problemlos scharf zu stellen ist, während das an einem Planachromaten eine Herausforderung ist.

Auch ich habe früher Serienuntersuchungen von Pilzinfektionen an Semidünnschnitten (um die 0,5 µm) gemacht - meist mit dem guten, alten Zeiss Planapo 63x/1,40. Wenn man dabei in beschränkter Zeit einen vernünftigen Durchsatz erzielen will, muss man irgendwo einen Kompromiss eingehen und da kann man wohl am ehesten auf das Ölen des Kondensors verzichten - vor allem wenn sich jemand mit wenig Routine ans Gerät setzt. Dem stand nicht entgegen, dass man den Kondensor dann trotzdem geölt hat um ein Foto mit maximaler Auflösung von seinem Idealschnitt zu kriegen.

Das geölte Objektiv schwenkt man aus, das Öl kann daran bleiben. Beim Öl zwischen Objektträger und Frontlinse wird es einfach schwieriger. Man senkt den Kondensor ab, o.k.. Man versucht den OT zu entfernen ohne den Tisch zu verschmieren - klappt nicht immer. Man putzt, trotzdem saugt sich vielleicht der nächste OT fest weil ein Rest unter dem Objektführer verborgen war usw. Genau das meine ich mit Ölschmiererei.

Übrigens lieferte Zeiss für das Axiolab einen Kondensor, der angeblich für Immersion tauglich war ("0,9/1,3" oder so). Ich glaube es gibt einige Geschädigte im Forum, die den Versuch nach Verbrauch eines Ölfläschchens dann aufgegeben haben. Die Frontlinse war derart konvex, dass die meisten Versuche den OT ohne Luftblase zu platzieren nur damit endeten, die wohlweislich angebrachte, sehr voluminöse Ölfangrinne aufzufüllen.

Viele Grüße

Rolf

[l'œil armé]

Hallo Rolf,

Vorsicht, ein Anfänger könnte Deinen Eingangsabschnitt  ernst nehmen, wenn er nicht merkt, dass die Argumentenkette schon am Anfang beim Schritt zum 0,9 Trockenobjektiv brüchig ist. Selbst wenn die Korrekturfassung richtig eingestellt sein sollte, ist da doch ein himmelweiter Qualitätssprung zur einfachen Immersion, im Vergleich zu dem Schritt von der einfachen zur doppelten.
Zum Unterschied PlanApochromat/PlanAchromat wäre zu sagen, dass das Objekt mit dem Korrekturring eines ZeissPlanapo 40x/0,95 problemlos scharf zu stellen ist, während das an einem Planachromaten eine Herausforderung ist.

... wenn man mit dem Korrekturring umgehen kann, sicher. Vielfach stolpert der Anwender - und hier leider auch oft Leute vom Fach - aber zusätzlich über die außerordentliche Schmutzempfindlichkeit der 0,95er Trockenobjektive, alleine da bringt die Immersion schon problemloseres Arbeiten mit sich. So gesehen stimmt Dein Einwand vorbehaltlos. Allerdings präferiere ich dann auch die Verwendung eines Immersions-Übersichtsobjektivs, damit man von der hohen Vergrößerung auch zurück kann ohne sich Geschmiers einzuhandeln. Leitz hatte da immer eine phantastische Kombination aus 10/0,45 Öl und 63/1,40 Öl (das NPL Fluotar 10/0,45 Öl tut es übrigens auch mit dem ZEISS DIC und Aqua dest.- immergierter Kondensor-Frontlinse recht gut)

Auch ich habe früher Serienuntersuchungen von Pilzinfektionen an Semidünnschnitten (um die 0,5 µm) gemacht - meist mit dem guten, alten Zeiss Planapo 63x/1,40. Wenn man dabei in beschränkter Zeit einen vernünftigen Durchsatz erzielen will, muss man irgendwo einen Kompromiss eingehen und da kann man wohl am ehesten auf das Ölen des Kondensors verzichten - vor allem wenn sich jemand mit wenig Routine ans Gerät setzt. Dem stand nicht entgegen, dass man den Kondensor dann trotzdem geölt hat um ein Foto mit maximaler Auflösung von seinem Idealschnitt zu kriegen.

Das geölte Objektiv schwenkt man aus, das Öl kann daran bleiben. Beim Öl zwischen Objektträger und Frontlinse wird es einfach schwieriger. Man senkt den Kondensor ab, o.k.. Man versucht den OT zu entfernen ohne den Tisch zu verschmieren - klappt nicht immer. Man putzt, trotzdem saugt sich vielleicht der nächste OT fest weil ein Rest unter dem Objektführer verborgen war usw. Genau das meine ich mit Ölschmiererei.

Dies kann ich gerne so akzeptieren. Ich würde es nicht so machen wollen, aber wie ich schrieb ist das einem jeden selbst überlassen. Wer das nicht will, dem empfehle ich die Benutzung von Aqua dest. zur Kondensor-Immersion. Schmiert nicht, trocknet rückstandslos und ist für die Kondensor-Korrektion immer noch besser als gar keine Immersion. Selbst DIC funktioniert damit besser als geglaubt.

Übrigens lieferte Zeiss für das Axiolab einen Kondensor, der angeblich für Immersion tauglich war ("0,9/1,3" oder so). Ich glaube es gibt einige Geschädigte im Forum, die den Versuch nach Verbrauch eines Ölfläschchens dann aufgegeben haben. Die Frontlinse war derart konvex, dass die meisten Versuche den OT ohne Luftblase zu platzieren nur damit endeten, die wohlweislich angebrachte, sehr voluminöse Ölfangrinne aufzufüllen.

Das Glück, dieses gute Stück kennenzulernen ist mir bislang versagt geblieben. Ich kann also dazu schlecht was sagen

Freundliche Grüße

Wolfgang

[l'œil armé]

ich habe mich ausschließlich auf das von Herrn Höbel gezeigte Bild bezogen, auf sonst nichts!
Und alles, was vorher hier diskutiert worden ist, war ganz allgemeiner Art, bezogen auf die Eingangsfrage von Frieder.

Lieber Gunther,

ich bitte Dich, das von mir Geschriebene auch ganz allgemein zu verstehen. Der Aufwand, den ein jeder treibt um zu seinem(!) Ziel zu kommen, muss einem außenstehenden Betrachter nicht zwingend einleuchten. Das gilt für die Kondensor-Immersion genauso wie für hohe n.A. und lässt sich über Schnittstärke, Präparationsschritte bis hin zur Probenahme nahezu beliebig fortsetzen. Was dem einen aufgrund seiner Erfahrung zwingend notwendig erscheint, mag dem anderen esotherisch anmuten. Kommt ganz darauf an, welche Maßstäbe man (an sich) anlegt. Mir fallen da beispielsweise zum Thema Chromosomen-Spreitung in unterschiedlichen Labors ganz abenteuerliche Dinge ein

Freundliche Grüße

Wolfgang

[Rene]

Hello all,

If we return to the original question, the ubiquitous Abbe 1.25 condenser is a simple 2-lens system, which gives due to abberations (as already mentioned) an effective aplanatic cone of ca. 0.65. It works satisfactory from the 4x to the 100x (!) with a simple lamp.
If the Abbe would have been build with a smaller NA (eg <1) then the aplanatic cone would have been even smaller! And therefore less satisfactory with the 100x.

Besides, the higher NA region can still be used to some extent for oblique illumination.

Ergo, the Abbe is a cheap and cheerful condenser that needs to be build with a high NA, even though that NA cannot be reached during normal usage.

HTH, René

ps, Frieder: try to insert the darkfield stop just below the toplens, it gives a much cleaner darkfield with high NA objectives!

[momotaro]

In der Tat ist es ja sogar so, dass sich die Auflösung ungefähr nach dem Durchschnitt der Kondensor- und der Objektivapertur richtet. Mit einem 0,9 Kondensor (etwa = nichtimmergierte 1,4 Frontlinse) und einem immergierten

da wäre ich eher skeptisch. Die Apertur des Systems, Objektiv und Kondensor, wird durch die kleinere Apertur begrenzt, in diesem Fall durch die Apertur des Trockenkondensors. Dazu möchte ich auf Ron Oldfield, Light Microscopy - An illustrated Guide, 1994, pages 35 and 36 hinweisen:

Immersion of the condenser

For an objective of NA = 1.25, we readily accept that the lens has to be immersed to the coverslip or specimen. Therefore, for the matching of condenser and objective NAs, correct usage of a 1.25 immersion objective demands that the 1.25 condenser also be immersed to the slide. Necessarily, both objective and condenser are designed as immersion systems. The undertaking of applying oil to the condenser can be politely described as messy, and the proper immersion procedure is not often carried out in the laboratory-largely, one suspects, through ignorance.
Whenever the microscope image needs to be as good as possible, really exploiting the full potential of a lens, the oiling of the condenser is important; not only to achieve high numerical aperture, but also to eliminate the glass/ air interfaces between the condenser and the slide, interfaces which are a source of undesirable reflection and flare.
Circumstances which warrant the trouble of immersion of the condenser are:

• High resolution microscopy, NAs exceeding 0.8.
• Photomicrography, whenever NAs exceed about 0.6, to control one possible source of loss of contrast.
• Any situation where high intensities of light are favoured, such as darkfield, DIC, and some forms of photomicrography.

Some condenser systems are designed with a swing-out top lens (they were rather fashionable in the Seventies, and have become so again!); these usually have an NA of about 0.9. They are very seldom designed or mounted for oiling, and should NOT have immersion oil placed on them. On the other hand, a condenser marked with an NA of 1.25, or higher, is MEANT for immersion. Unless it is immersed it cannot reach an NA of 1.25, and because of spherical aberration when used dry, the effective condenser NA is very much less than 1.25-possibly no more than 0.7 or 0.8.

Herzliche Grüße,

Helmut

[Rene]

Die Apertur des Systems, Objektiv und Kondensor, wird durch die kleinere Apertur begrenzt, in diesem Fall durch die Apertur des Trockenkondensors.

Hallo Helmut,

If you do not use a condenser (ie parallel light) the condenser NA is effectively 0. But that does not mean that you don't see anything through your microscope. That does also apply to everyday life. So I think you misunderstood Ron's text.

Best wishes, René