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Auflösungsgrenze Stemi

Begonnen von Jürg Braun, September 08, 2009, 09:02:00 VORMITTAG

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hinrich husemann

#30
Nochmal Hallo,
wenn Objektive mit Vergrößerungen von  2,3X und 3,5X so hohe Numerische Aperturen haben (oder habe ich das falsch verstanden?), benötigte man für das Erreichen der förderlichen Vergrößerungen - üblicherweise zu 500 NA bis 1000 NA angenommen - doch gewaltige Nachvergrößerungen. Selbst mit einem 16X-Okular "steht man da doch noch in der Wiese" ! Interessant sicher für Auflicht-Fluoreszenz; da geht die Helligkeit fluoreszierender Objekt-Details mit der 4. Potenz der NA und dem Kehrwert der 2. Potenz der Vergößerung V, also mit ( NA^4 /V^2 ). Für weitere Aufklärung dankbar mit nochmals freundlichen Mikrogrüssen
H. Husemann


PS. Nochmaliger, später "Nachschlag": Die objektiv meßbaren (nicht visuell empfundenen) Bild-Helligkeiten bei Betrachtung in Auflicht-Fluoreszenz a) mit einem Objektiv 2,3 / 0,33 und einem konvenrionellen 2,3/ 0,07 verhielten sich danach immerhin etwa wie 500 : 1 ! Subjektiv Visuell (durchs Auge) wird dieses physkalisch meßbare Reiz-Verhältnis allerdings wohl eher logarithmisch empfunden (Weber-Fechner-Gesetz, so es denn hier anwendbar ist), danach etwa 2,7 ! "fast 3 mal so hell" ist offenbar gar nicht so wenig!

peter-h

@ Herrn Jülich,
sehr schön, was Sie von mir erwarten  ;D aber wer weiß ?

@ Herrn Husemann,
Ihre Rechnungen kann ich gut nachvollziehen, nur fehlt mir der Glaube, dass es solche Objektive bei einem Stemi auch in der Realität gibt.

ein alter Hut aber bereits ein schöner Glasklotz, nach der Rechnung NA = 0,33



solche Briefbeschwerer gibt es , wäre dann NA = 0,55 , leider nur ein Arbeitsabstand von wenigen mm!


Jetzt kann nur noch Herr Jülich mit einem Foto von einem Stemi mit solchen Objektiven die Verwirrung ausräumen. Oder habe ich etwas falsch verstanden, nicht begriffen ?

Einen schönen Sonntag zusammen.
P. Höbel

hinrich husemann

#32
Hallo Herr Höbel,
stimme Ihnen ja auch voll zu! Würde die Realität auch gerne seber sehen! Was mein "Gemüt" auch bewegt, ist die Frage der sinnvollen Vergrößerung. Optimistischste Annahme: Das Auge habe (Konjunktiv!) eine Winkelauflösung von 1´= (1/60)°. In konventioneller Sehweite von 250 mm würden dann tg(1/60)°*250mm =  0,00029*250mm = 0,073mm entsprechend 13,8 Lp/mm aufgelöst (real sicher höchstens 10 Lp/mm). Um unter dieser optimistischen Vorgabe 1000 Lp/mm bzw. 1500 Lp/mm aufzulösen, bedürfte es dann einer Vergrößerung von 1000/13,8 = 72X bzw. 1500/13,8 = 109X. Bei Objektiv-Vergrößerungen von 2,3X bzw. 3,5X also Okulare bzw. Nachvergrößerungen von 72/2,3 = 31X bzw. 109/3,5 = 31X , nur um das Aufgelöste auch wahrnehmen zu können. Haben wir etwas Falsches angenommem? Und was die "Glasklötze" anbetrifft: Werden ihre Durchmesser - zumindest bei sterischer Betrachtung - jeweils voll genutzt? Die beiden Strahlengänge sind doch gegeneinander geneigt! Ob wohl Aufklärung naht?
Freundliche sonntägliche Mikrogrüsse
H. Husemann

P.S. Sehr eindrucksvoll, Ihre "antiken" Briefbeschwerer !

Jürgen Boschert

Hallo Herr Husemann,

Zitat... Werden ihre Durchmesser - zumindest bei sterischer Betrachtung - jeweils voll genutzt? Die beiden Strahlengänge sind doch gegeneinander geneigt! Ob wohl Aufklärung naht?...

Genau dies scheint auch mir das eigentliche Problem bei der Betrachtung zu sein. M.E. wird die Gesamtapertur durch das Gesamtsystem aus Gemeinsamem Frontobjektiv und Zoo-System bestimmt, wahrscheinlich im Wesentlichen sogar durch letzteres. Ich selbst habe ein SV 8 und in den Unterlagen dazu gibt Zeiss selbst unabhängig vom eingesetzten Hauptobjektiv für die max. Zoomstufe von 6,4 x eine N.A. von 0,085 an. Bei 10er Okularen und einem Hauptobjektiv von 100 mm Brennweite ergibt das eine Vergrößerung von 64 x. Das stimmt dann schon wieder mit den Verhältnissen überein, wie wir sie vom "normalen" Mikroskop her kennen. Übrigens ist das S-Plan 100 mm zum SV 8 auch schon ein beeindruckender Glasklotz von ca. 67 mm Durchmesser und ca. 55 mm Länge.

Gruß !

JB
Beste Grüße !

JB

wilfried48

Zitat von: Eckhard in September 12, 2009, 17:19:42 NACHMITTAGS
Wilfried hatte mal von seinen Experimenten zum Erstellen von Testplatten erzählt. Frag ihn doch mal nach seinen Fortschritten.

Hallo,
da werde ich mal wieder an eine meiner liegengebliebenen Baustellen erinnert   :(

Ich hatte ja auch solche Testobjekte gesucht und keine gefunden. Früher gab es ja mal die
Richardson Testslides aber die waren auch in der Kategorie von über 1000 US$.

Insbesondere, wenn man bis unter 0,2 µm Auflösung gehen will gibt es wenig massenproduktionsfähige Methoden. Die einzige lichtlithografische massenproduktionsfähige Methode wäre ein Lichtoptischer Stepper, so wie er für die Lithografie bei den derzeit höchstintegrierten Mikroprozessoren oder Speicherchips eingesetzt wird. Aber dann sind natürlich hohe Stückzahlen gefordert um auf entsprechende bezahlbare Stückkosten zu kommen.

Ich habe ja deshalb mal mit direktschreibender Ionenstrahlithografie ein entsprechendes Testmuster geschrieben und versucht davon Abgüsse zu machen. Der derzeitige Stand ist, im Prinzip gehts (siehe meine damaligen Bilder im forum), aber zur Serienproduktion der Abgüsse müsste man noch entsprechende mechanische Präzisionsformen bauen, sodass die Abgüsse makroskopisch nicht so wellig werden. Und genau an diesem Punkt ist das Projekt steckengeblieben weil ich einfach zuviele Baustellen angefangen habe.

Zur Zeit steht e-bike bauen bzw. modifizieren im Vordergrund und im Sommer "muss" auch noch Motorrad gefahren werden. ;D

Wenn ich am alten Projekt weiterarbeite und einen Fortschritt erzielt habe, wird Peter sicher der erste sein, dem ich ein Testmuster für Auflösungsversuche mit der UV Mikroskopie zur Verfügung stelle.

viele Grüsse und einen schönen Sonntag

Wilfried
vorzugsweise per Du

Hobbymikroskope:
Zeiss Axiophot,  AL/DL/Ph/DIC/Epi-Fl
Zeiss Axiovert 35, DL/Ph/DIC/Epi-Fl
Zeiss Universal Pol,  AL/DL
Zeiss Stemi 2000 C
Nikon Labo-/Optiphot mit CF ELWD Objektiven

Sammlung Zeiss Mikroskope
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=107.0

hinrich husemann

Hallo Herr Höbel und Herr Boschert,
jetzt habe ich mir mal auf der CARL ZEISS Homepage das SteREO Discovery.V12 angesehen. Lohnt sich zu gucken. Aber: Alle möglichen Daten sind angegeben, nur die Numerischen Aperturen nicht. Woher nehmen und nicht stehlen?
Sonntägliche Mikrogrüsse
H. Husemann

peter-h

Hallo Herr Husemann,
Sie haben mich nun doch neugierig gemacht. Also habe ich nach dem Discovery.V20 gesucht und gefunden:

Vergrößerungsbereich 0.75 bis 15x
Zoomfaktor 20
Numerische Apertur der Frontoptik 0.144

Maximale Auflösung von bis zu 1000 LP/mm mit
Objektiv PlanApo S 2.3x

Jetzt stehe ich aber schon wieder im Wald, denn mit NA = 0,144  --> 1000 LP/mm ?
Da es Zeiss schreibt wird es wohl irgendwie stimmen, aber verstehen kann ich es trotzdem nicht.
Allerdings erreiche ich mit einem Objektiv f=28mm und Blende 5,6 --> NA=0,09 , eine höhere Auflösung, als es die Rechnung erlaubt. Dazu demnächst Bilder und eine Auswertung.
Gibt es unterschiedliche Betrachtungsweisen und Berechungen?

Schönen Sonntag
P. Höbel

Jürgen Boschert

Hallo,

Zitat... Numerische Apertur der Frontoptik 0.144 ...

Da kommen wir ja wieder in ähnliche Größenordnungen, wie ich sie für das SV 8 gefunden habe:

SV 8 mit Zoom-Faktor 6,4 ...........  N.A. 0,085
Discovery V 20 Zoom-Faktor 15 ...  N.A. 0,144

Gruß !

JB
Beste Grüße !

JB

Jürgen Boschert

Hallo zusammen,

das hat mir jetzt keine Ruhe mehr gelassen. Habe nun ach studiert, den Beyer, den Göke und auch den Michel ... und habe nichts finden können zur Theorie des Stereomikroskops.


... aber der "kleine" Gerlach hat´s (D. Gerlach: Das Lichtmikroskop. 2. Auflage, Thieme-Vlg. Stuttgart, 1985; pp 120 ff).

Mit einem Stereomikroskop sollen Gegenstände in einem Arbeitsabstand, der noch gewisse Objektmanipulationen zulässt, so betrachtet werden,  dass sie einem normalen 3-D-Seheindruck entsprechend wahrgenommen werden. Dies ist bei einem Konvergenzwinkel von ca. 14° (12°-16°) gegeben. Im Stereomikroskop nach Greenough werden nun zwei getrennte Mikroskope in diesem Winkel angeordnet, im teleskopischen Stereomikroskop werden durch Blenden oder Tuben einblickseitig des Hauptobjektives zwei Strahlenbüschel so ausgeblendet, dass ebenfalls ein Konvergenzwinkel um die 14° erreicht wird. Das bedeutet aber auch dass die in diesem Winkel zueinander angeordneten Strahlengänge einen Aperturwinkel von max. 14° haben dürfen, damit sie sich gerade nicht überlappen und so der Stereoeindruck zunichte gemacht wird. Der sin des halben Öffnungswinkels ist ja bekanntlich die N.A. sin 7° = 0,12 ! Und dieser Wert ist nach dem oben gesagten unabhängig vom Öffnungswinkel des Hauptobjektivs, es ist also völlig wurscht ob das Hauptobjektiv vielleicht 1m Durchmesser oder noch mehr hat, entscheidend ist der Durchmesser oder besser der Öffnungswinkel der ausgeblendeten Strahlenbüschel.
D.h., ein Stereomikroskop kann maximal eine N.A. von 0,12 erreichen.

Dazu darf ich auch noch kurz zitieren aus Lexikon der Optik, Zweiter Band M-Z, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, 2003, 1999; pp 324 ff:
"... Da die Objektive sehr dicht nebeneinander liegen, sind keine hohen Aperturen möglich. Die maximal erreichbare Apertur ist etwa 0,12, so daß die förderliche Vergrößerung den Wert 100 nicht wesentlich übersteigt. Um ein getreues Abbild des Objektes zu erhalten, müßten seitliche (laterale) und Tiefenvergrößerung gleich sein. Da aber die Tiefenvergrößerung mit dem Quadrat der Lateralvergrößerung wächst, würden sich bei Vergrößerungen, die das 100fache wesentlich übersteigen, starke räumliche Verzerrungen ergeben, so daß von dieser Seite ebenfalls eine Grenze für die Vergrößerung gegeben ist. Außerdem wäre eine weitere Steigerung der Vergrößerung nicht sinnvoll, da die Schärfentiefe mit der Vergrößerung und dem Quadrat der Apertur abnimmt und somit ebenfalls keine reale Beurteilung der Tiefenverhältnisse des Objektes mehr möglich ist. ..."

Ich hoffe ihr habt jetzt nich alle verdrillte Augen  ;D

Gruß !

JB
Beste Grüße !

JB

Werner Jülich

Ich sehe schon, es lohnt sich zur Auflösung des Rätsels einmal im Herbst zu unserer Ausstellung zu kommen. Dann bringen Sie einfach Ihre Präparate mit und wir schaun einmal, ob es wirklich reicht, sich bei der Berechnung der maximalen Auflösung nur auf die NA des Pankraten zu stützen.
Ich werde Anfang der Woche einmal ein paar Bilder liefern.
Werner Jülich

wilfried48

Hallo,

ich denke auch, dass des Rätsels Lösung ist, dass Zeiss mit 0,14 die NA der Frontoptik des pankratischen Systems

meint. Je nach Objektiv wird diese durch das Objektiv vergrössert.

Beim 3,5 x Apo sogar soweit, dass der stereoskopische Effekt ganz weg ist (siehe Ausführung im Beitrag von Herrn Boschert) und man es deshalb mit "mono" bezeichnet.

Wo ist aber dann der Fortschritt im Vergleich zum "Glasbrocken" von Peter Höbel ?

Gruss

Wilfried
vorzugsweise per Du

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Zeiss Universal Pol,  AL/DL
Zeiss Stemi 2000 C
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Sammlung Zeiss Mikroskope
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=107.0

Werner Jülich

Man kann die Discovery.V8-V20 sowohl stereo, als auch mono betreiben. Der Objektivrevolver hat dafür dann 6 Rastpositionen für 3 Objektive. In der Stellung mono hat man dann ein Macroskop, was entsprechende Vorteile beim Messen hat. Das 3,5 ist dagegen so gerechnet, dass es nur mono Verwendung finden sollte. Aber bereits bei den Objektiven 1,5x und 2,3x ist der Unterschied zwischen mono und stereo bei Aufnahmen gut zu erkennen.
Was mich etwas verblüfft, sind die Reaktionen hier im Forum, denn auch andere Hersteller geben Auflösungen an, die umgerechnet auf NA nicht mit der NA des Pankraten korrespondieren, das kann doch nicht neu sein. Beispiel für die Mittelklasse wären die Angaben von Leica zum S8 APO.
Werner Jülich

Jürgen Boschert

Hallo Herr Jülich,

die von Zeiss angegebenen N.A. korrespondieren sehr wohl mit der N.A. des Pankraten. Wir wissen aber alle, dass die Bildqualität ja nicht nur von der Apertur, sondern von der Korrektur zahlreicher Bildfehler abhängt. Und da hat - so denke ich - Zeiss wohl wieder einmal das äußerste herausgeholt was aktuell möglich ist.

Zu den Angaben der extremen Linienauflösung: kann es sein, dass die nur gelten für den geradlinigen Strahlengang, also Hauptobjektiv so nach einer Seite verschoben, dass aus dem Stereomikroskop ein Makroskop wird. Für diesen Fall gelten natürlich etwas veränderte Berechnungsgrundlagen, nämlich dieselben wie für das "monoskopische" Mikroskop; hier kann man die Apertur natürlich deutlich steigern.

Was ich übrigens nicht nachvollziehen kann

-UND ICH HOFFE DAS LIEST AUCH EIN ZEISS-MITARBEITER -

warum soll es nicht möglich sein mit dem Verschieben des Hauptobjektives zentriert zu einem Pankraten auf der Tubusseite eine Strahlenteilung einzuführen, sodass man auch mit dem jetzt Makroskop trotzdem binokular sehen kann. Ich empfinde das Abblenden eines Auges jedesmal als sehr störend.

Beste Grüße !

JB
Beste Grüße !

JB

Werner Jülich

Sie sehen binokular, natürlich auch bei der Makroskopstellung.
Werner Jülich

hinrich husemann

Hallo Stemiker,
mit der Numerischen Apertur von 0,144 des Pankraten allein kann es nun mal physikalisch keine Auflösung von 1000 Lp/mm geben, daran ändern auch ZEISS oder andere Hersteller nichts (und behaupten das so ja auch nicht, könnten es aber vielleicht etwas deutlicher erläutern). Sie berechnet sich damit zu etwa 430 Lp/mm. Gemeint sind die 1000 Lp/mm  sicher erst mit dem vorgeschraubten 2,3X Apo; damit wird auch die NA des Systems dann eben etwas mehr als verdoppelt; für 1000 Lp/mm braucht man nun mal etwa NA = 0,33 . Warum wird das nicht erläutert? Halten die Hersteller ihre Interessenten für optisch unbeleckt? Die Verblüffung im Forum resultiert eher aus unvollständiger Information.
Dennoch freundliche Mikrogrüsse
H. Husemann