Mikroobjektive

sanjilamc · September 15, 2009, 13:45:48 NACHMITTAGS

Hallo Mikroskop-Freunde,

Ich habe mal eine Frage bezüglich der Berechnung von Mikroobjektiven.
Z.Zt. baue ich ein Mikroskop das das erzeugte Bild mit Hilfe eines CCD's aufnehmen soll und zur Ansicht/Bearbeitung/Speicherung auf einen Computer zur Verfügung stellen soll. Das Mikroskop soll aus gewöhnlichen Komponenten bestehen, ich habe 4 verschiedene Mikroobjektive zur Verfügung (OLYMPUS PLAN N (4X, 10X, 20X, 40X)) und ein Set aus verschiedenen bikonvexen und plankonvexen Linsen.
Das entscheidende an diesem Gerät ist, dass die Abstände der optischen Komponenten invariabel ist. Das Bild wird im Wesentlichen über einen Algorithmus scharf gestellt, der auf der diskreten Kosinustransformation basiert, wobei das gesamte Mikroskop (welches horizontal angeordnet ist und auf einer 3-Achsen-Stage montiert ist) verschoben wird. Soweit zum Hintergrund.
Ich würde gern die Optik berechnen, das heißt über den Matrixformalismus um die Lage der Bildebene/ Objektebene zu Bestimmen, sowie die Vergrößerung des Gesamtsystems. Alles was mir Olympus über die Objektive verrät sind ihre effektiven Fokuslängen, die Arbeitsabstände sowie natürlich die erzeugten Vergrößerungen. Wie kann ich mit Hilfe dieser Angaben eine Systemmatrix für ein Mikroobjektiv aufstellen?

Danke für eure kompetente Unterstützung

MFG, Sanji

Werner Jülich · September 15, 2009, 14:53:40 NACHMITTAGS

Ich weiß nicht, ob ich Sie richtig verstanden habe, bitte korrigieren Sie mich.
Sie wollen an die Objektivdaten heran, also Scheitel usw. bestimmen. Das geht meiner Meinung nach mit den vorliegenden Angaben nicht. Ein möglicher Weg wäre die Demontage und Vermessung der einzelnen Linsen, wobei dann immer noch die Angaben zum Material fehlen. Wir haben das mal für ein größeres Objektiv gemacht, es ist Arbeit.
Werner Jülich

sanjilamc · September 15, 2009, 14:59:25 NACHMITTAGS

Ja, das habe ich befürchtet... Leider kommt Demontage nicht in Frage, selbst wenn sich daraus die gewünschten Informationen gewinnen lassen würden. Es muss doch aber irgendeine Möglichkeit geben den optischen Aufbau in irgendeiner Weise quantitativ zu beschreiben, oder...?

Jürgen Boschert · September 15, 2009, 15:12:21 NACHMITTAGS

Haloo,

ZitatEs muss doch aber irgendeine Möglichkeit geben den optischen Aufbau in irgendeiner Weise quantitativ zu beschreiben, oder...?

Ja sicher. Der Hersteller hat diese Angaben alle. Aber die sind bestgehütetes Betriebsgeheimnis, die Berechnung von Objektiven ist eine aufwändige und hohe Kunst! Selbst wenn Sie ein Objektiv zerlegen und ausmessen - das ist damit dann zerstört - ist nicht gesagt, dass ein entsprechendes Objektiv desselben Herstellers gleich aufgebaut ist.

Gruß !

JB

sanjilamc · September 15, 2009, 15:25:09 NACHMITTAGS

Gut, dass der Hersteller darüber bescheid weiß ist klar. Ich habe nicht angenommen dass die Leute bei OLYMPUS einfach so irgendwelche Objektive zurechtpröbeln

Die Frage ist ja nur ob der Benutzer überhaupt die Chance hat das Objektiv in eine Optik zu integrieren deren Eigenschaften berechenbar sind...?

peter-h · September 15, 2009, 15:29:52 NACHMITTAGS

Hallo,
wie bereits beschrieben ist das fast unmöglich. An alte Daten zu kommen, bzw. wenigstens an Ansätze der Konstruktion, kommt man teilweise über Patentrecherche. Aber ! Es sind immer nur die Grundansätze. Und wenn ein Hersteller durch Abkündigungen von bestimmten Glassorten gezwungen wird sein Aufbau umzustellen, so werden es Kenner aus der Seriennummer ableiten können, ein Anwender aber nie etwas erfahren.
Ich erinnere mich noch gut, dass für einen Spezialfall nur aus der Seriennummer der Aufbau abgeleitet werden konnte. Der Name des Objektivs, sowie Brennweite und Öffnungsverhältnis blieben gleich !

Grüße
P. Höbel

Jürgen Boschert · September 15, 2009, 17:50:31 NACHMITTAGS

Hallo,

irgendwie habe ich möglicherweise die Fragestellung nicht ganz verstanden, vielleicht könnten Sie versuchen, das nochmal konkreter darzustellen, evtl. mit Skizze / Foto.

Zu den Objektiven: Die sind ja für feste Umgebungsvariablen bzgl. Objektentf., Bildweite, Intermedien berechnet, und wenn man davon abweicht ist die Fehlerkorrektur mehr oder weniger dahin, d.h., Bild- und Objektweite müssen nicht berechnet werden, sondern sind durch das verwendete Objektiv im Prinzip unverrückbar vorgegeben - und diese Daten hat Ihnen ja Olympus wohl auch gegeben.

Gruß !

JB

wilfried48 · September 15, 2009, 18:01:10 NACHMITTAGS

Zitat von: sanjilamc in September 15, 2009, 13:45:48 NACHMITTAGS
Ich würde gern die Optik berechnen, das heißt über den Matrixformalismus um die Lage der Bildebene/ Objektebene zu Bestimmen, sowie die Vergrößerung des Gesamtsystems. Alles was mir Olympus über die Objektive verrät sind ihre effektiven Fokuslängen, die Arbeitsabstände sowie natürlich die erzeugten Vergrößerungen. Wie kann ich mit Hilfe dieser Angaben eine Systemmatrix für ein Mikroobjektiv aufstellen?

Hallo

ich verstehe nicht warum man hierzu die Systemmatrix des Mikroskopobjektivs braucht oder steh ich auf dem Schlauch ?

Die Lage der Objektebene geht aus dem Arbeitsabstand des Objektivs hervor, die Lage der Primärbildebene aus der Tubuslänge bei Endlichobjektiv und oder ist beliebig bei Unendlichojektiv. In beiden Fällen kann man mit den Daten der zum Projektiv verwendeten Linsen die Sekundärbildebene und die Endvergösserung auf dem CCD Chip ausrechnen (Newtonsche Linsenformeln). Im Falle von nicht vollständig auskorrigierter Endlichoptik dürfte allerdings die grössere Schwierigkeit sein eine Kompensation der Objektivfehler mit ihrem Linsenbaukasten hinzubekommen.

Aber warum müssen sie das Projektiv denn unbedingt selbst bauen ? Es gibt doch zum Objektiven passende Kompensationsokulare bzw. Tubuslinsen.

viele Grüsse

Wilfried

sanjilamc · September 19, 2009, 14:56:54 NACHMITTAGS

Hallo.

Ich habe mal ein Foto von meinem Aufbau gemacht
http://4.bp.blogspot.com/_0red4DUsygU/SrTQLaesiEI/AAAAAAAAAHA/rYEyx7JNJEg/s1600-h/Schema.jpg
Und ein Bild was ich mit diesem Aufbau aufnehmen konnte
http://2.bp.blogspot.com/_0red4DUsygU/SrTS3T5qREI/AAAAAAAAAHM/skbzVLY9S7o/s1600-h/10xsample.bmp
Sicherlich nicht perfekt, aber für meine Zwecke völlig ausreichend. Das Mirkoskop soll dazu dienen diese PCV-PE-Schläuche zu untersuchen OHNE, dass man diese in kleine Stücke zerschneidet und unter ein herkömliches Mikroskop legt.
Meine Frage ist, warum liefert mir diese Optik ein scharfes Bild? Das würde ich gern rechnerisch klären.
Wie zu sehen ist wird hier von einem konventionellen Mikroskopaufbau stark abgewichen. Logischerweise wird der von OLYMPUS angegebene Arbeitsabstand in dieser Anordnung hinfällig.
Also kann ich es womöglich vergessen hier irgendwelche Informationen mathematisch zu erfassen?

Freundliche Grüße,
Merten

EDIT: Was mich generell mal interessieren würde (sorry, ich hab leider wie gesagt nicht sooo viel Erfahrung auf dem Gebiet):
Ein "norrmales" Mirkoskop bei dem man mit dem Auge beobachtet erzeugt doch meines Wissens nach mit dem Objektiv eine reelles Bild des Objektes und mit dem Okular, so wie eine Lupe, ein virtuelles Bild des ersten Bildes welches ich dann mit dem Auge beobachten kann. Müsste nun ein Mikroskop bei dem mit Hilfe eines CCD bebachtet wird nicht theoretisch mit dem Okular ein reelles Bild erzeugen? Ich hab leider keine Ahnung...

wilfried48 · September 19, 2009, 18:56:07 NACHMITTAGS

Zitat von: sanjilamc in September 19, 2009, 14:56:54 NACHMITTAGS
Was mich generell mal interessieren würde (sorry, ich hab leider wie gesagt nicht sooo viel Erfahrung auf dem Gebiet):
Ein "norrmales" Mirkoskop bei dem man mit dem Auge beobachtet erzeugt doch meines Wissens nach mit dem Objektiv eine reelles Bild des Objektes und mit dem Okular, so wie eine Lupe, ein virtuelles Bild des ersten Bildes welches ich dann mit dem Auge beobachten kann. Müsste nun ein Mikroskop bei dem mit Hilfe eines CCD bebachtet wird nicht theoretisch mit dem Okular ein reelles Bild erzeugen? Ich hab leider keine Ahnung...

Hallo Merten,
alles richtig und genauso passiert es auch bei deinem Aufbau. Das einzige was man noch ein bisschen optimieren könnte ist das Bildfeld. In einem Mikroskop bildet man mit dem 10x Objektiv etwa einen Bildfeld von 2 mm Durchmesser ab. Das Objekt ist auch etwas schwierig auszuleuchten und wegen der Schärfentiefe soltest du das Bild aus mehreren bildebenen stacken.

viele Grüsse
Wilfried

peter-h · September 20, 2009, 10:21:39 VORMITTAG

Hallo,
ich habe mir den Aufbau so gut es das Bild erlaubt angesehen. Dazu kommen aber Fragen:

1. beschriftet mit Plankonvexe Linse f=100mm. Wenn das die Tubuslinse sein soll, dann wäre aber wenigstens ein Achromat besser und die Brennweite sollte 160mm betragen, sonst stimmt die Vergrößerung nicht.
Oder es ist unwichtig welche Vergrößerung es gibt.

2. aus dem Aufbau vermute ich, dass zwischen CCD-Kamera (Chipebene) und Linse f=100mm kein Abstand von 100mm eingehalten ist. Wenn dieser Abstand geringer ist, dann ist aber der Strahlengang zwischen Objektiv und Tubuslinse nicht unendlich und die Objektive erzeugen ein schlecht korrigiertes Bild.

3. sind es Objektive für Endlich- oder Unedlichsysteme ?

4. wie groß ist die Chipdiagonale ?

5. welche Chipauflösung hat die Kamera ?

6. welche ges. Vergrößerungen werden angestrebt ?

Fragende Sonntagsgrüße
P. Höbel

sanjilamc · September 20, 2009, 13:24:20 NACHMITTAGS

Hallo und Danke erstmal für die Antworten.

@Wilfried:
Ich hab mir mal das 10x Objektiv genommen und einen Objekt bekannter Größe (Skala eines Lineals) im von mir genutzten Arbeitsabstand (ca. 16mm) über das Objektiv abgebildet um dann das entstehende Bild auf ein Stück Papier abzubilden. Das Objekt wurde ca. 25 mm hinter dem Objektiv scharf abgebildet, in einem Abbildungsmaßstab von etwa 2. Nun ist der Abstand von Obkektiv zur Linse f=100mm aber nur etwa 30 mm groß.
Also ich kann mir leider nicht ganz vorstellen warum hier ein reelles Bild auf den Chip abgebildet wird... soweit ich weiß muss für die reelle Abbildung eines Bildes/Objektes durch eine Linse dieses außerhalb der einfachen Brennweite liegen...? Die Brennweite beträgt aber 100 mm.

@P.Höbel

1. Die Vergrößerung ist nicht primär entscheidend (habe auch leider keinen Achromat zur Hand), viel wichtiger ist mir das WARUM (am Ende muss ich das erklären...)

2. Der Abstand ist tatsächlich viel kleiner als 100m. Ich habe probiert den Abstand auf 100mm zu vergrößern und habe festgestellt, dass das System stärker vergrößert als zuvor..

3. Ich glaube es sind Unendlichsysteme

4. Die Chipdiagonale beträgt ca. 10,9 mm

5. Die Auflösung beträgt 1344 x 1024

6. Siehe 1. (mit dem 10x erreiche ich momentan Gesamtvergrößerungen [optisch und digital] von ca. 130x am Bildschrim)

Freundliche Grüße und schönen Sonntag wünsche ich.
Merten

peter-h · September 20, 2009, 14:18:15 NACHMITTAGS

Hallo,

ich muß nun doch nocheinmal fragen, denn ich verstehe viele Punkte nicht.
1. Die Vergrößerung ist nicht primär entscheidend (habe auch leider keinen Achromat zur Hand), viel wichtiger ist mir das WARUM (am Ende muss ich das erklären...)

Also ich interpretiere es so, dass eine bestimmt Vergrößerung nicht wichtig ist. Wichtig ist das WARUM .............

Ich stehe voll auf dem Schlauch : was ist WARUM ?

Wenn es eine normale CCD-Kamera ist, so hat sie vermutlich ein C-Mount Gewinde und es gehört vielleicht auch ein Objektiv dazu. Das wäre dann 100-mal besser als die einfache Plankonvex-Linse.

Wenn das 10-fach Objektiv für unendlich ist und das Kameraobjektiv auf unendlich gestellt wird, dann passen wenigstens einige Systemkomponenten zusammen.
Wenn der Aufbau aber wie nun erläutert so bestehen bleibt, dann ist weitere Hilfe praktisch nicht möglich, da gegen alle Regeln verstoßen wird. Klingt etwas hart, ist aber leider so.
Ich helfe und rechne auch gerne, aber ich sollte vorher verstehen was der optische Aufbau bewirken soll.
Was soll das Endziel sein ?

Schöne Grüße
P. Höbel

wilfried48 · September 20, 2009, 15:20:19 NACHMITTAGS

Hallo Merten,

bei einem undendlich Objektiv, sehe ich das genauso wie Peter Höbel, da wählt man den Arbeitsabstand so dass das Bild im Unendlichen erzeugt wird und holt es dann mit der zweiten Abbildung ins endliche (Kamerachipebene) zurück ab besten mit einem auf unendlich gestellten Kameraobjektiv oder meinetwegen (erheblich schlechter) mit deiner Plankonvexlinse. Dann müsste diese aber auch auf unendlich gestellt sein, das heisst der Kameraschip müsste in deinem Fall ca. 100 mm von der Plankonvexlinse entfernt sein.

Wenn Du dagegen mit dem Unendlich-Objektiv ein relles Bild 25 mm hinter dem Objektiv erzeugst, erhältst du weder die für das Objektiv gedachte Vergösserung noch die optimale Korrektur der Linsenfehler.
Warum du mit deinem Angaben überhaupt ein reelles Bild auf dem chip erhältst kann ich aus der Ferne auch nicht sagen. Irgendwas ind den Angaben wird wohl nicht stimmen, weil nach der Theorie dürftest du, wie du selbst richtig argumentiert hast , kein reelles Bild auf dem Chip bekommen.

Gruss
Wilfried

peter-h · September 20, 2009, 15:30:14 NACHMITTAGS

Hallo,

damit wir nicht im leeren Raum plaudern und womöglich unterschiedliche Dinge meinen, habe ich kurz in ein Programm die wesentlichen Elemente eingegeben.
1. das für unendlich korrigierte Objektiv
2. die viel zu nahe am CCD-Chip stehende Plankonvex-Linse

Aus dem Strahlengang geht schon hervor, dass die Strahlvereinigung suboptimal ist. Das zugehörige Spotdiagramm zeige ich besser nicht. Noch schlimmer dann die Bildfehler außerhalb der Achse.

Ich meine der Aufbau müßte nochmal überdacht werden.

Schönen Sonntag
P. Höbel