Tandem-Optik aus 40 mm Plössl und Kompensations-Okular bei Canon 450d

[Carlos]

Hallo Fachleute für Canon-Adaption,
Seit längerem verwende ich für die Fotografie am Mikroskop eine CMOS-Okular-Kamera mit einer ,,Tandem-Optik" aus Astro-Plössl-Okular als auf ,,Unendlich" gestelltes Kameraobjektiv und zum Mikroskop-Objektiv passendem Kompensations-Okular. Mit dieser Lösung bin ich eigentlich sehr zufrieden. Es ist allerdings eine Adaption, die etwas ,,Bastelarbeit" erforderte, zu der ich externe Hilfe benötigte.
Nach den Beiträgen hier im Forum zu urteilen, verwenden viele ,,normale", digitale Spiegelreflex-Fotoapparate mit größeren Chips, vor allem Canon-Apparate der Typen ab 450d mit APS-Chip in der ,,live view"-Funktion.
Auch hier wird mit einer vergleichbaren ,,Tandem-Optik" aus ,,normalem" Kamera-Objektiv mit passender Brennweite und zum Mikroskop-Objektiv passendem Kompensations-Okular fotografiert. Besonders beliebt scheint dabei ein gebrauchtes 40 mm Pentax Pancake-Kamera-Objektiv aus der ,,Analog-Kamera-Zeit" an einer digitalen EOS Canon zu sein. Der Grund für diese Vorliebe ist offensichtlich die stabile, kurze Bauweise des Objektivs, der verhältnismäßig niedrige Preis am Gebrauchtmarkt und die einfache Anschlussmöglichkeit mit einem preiswert käuflichen Adapter (Pentax-/Canon-Bajonett). Der zweite Teil der ,,Tandem-Optik", das Kompensations-Okular",  wird mit einem ebenfalls preiswert käuflichen Gewinde-Adapter in das Filtergewinde des Objektivs zentriert eingeschraubt. Das Objektiv muss dabei auf ,,Unendlich" eingestellt werden.
(Ausführlich erklärt und beschrieben sind die unterschiedlichen Arten der Kamera-Adaption auf der HP von Peter Höbel. Hier der link zur HP: http://www.mikroskopie-ph.de/index.html )
Auch für Kamera-Objektive anderer  Hersteller gibt es entsprechende, preiswerte Adapter. So habe ich bei meiner EOS Canon 450d mit einem Yashika/Contax Bajonett-Adapter Zeiss Contax Objektive und mit einem Gewindeadapter ein Kompensationsokular (mit vorhandenem Gewinde) angeschlossen.
Diese Art der Kamera-Adaption lässt sich also allein mit käuflichen Teilen realisieren. Die komplizierte, viel-linsige Bauweise der jeweiligen Kameraobjektive,  eingebaute, regelbare Blende, Entfernungseinstellung sowie die Lichtstärke, die im Wesentlichen die Güte eines Kamera-Objektivs bestimmen, werden bei der Adaption am Mikroskop nicht genutzt.
Im Prinzip müsste die Adaption einer EOS Canon 450d analog zur Adaption der CMOS-Okular-Kamera auch mit einer ,,Tandem-Optik" aus 40 mm Astro-Plössl-Okular als Kamera-Objektiv und einem Kompensations-Okular funktionieren. Im Vergleich zu einem ,,gebrauchten" 40 mm Pentax Pancake-Objektiv, unter 100 € ist das kaum am Markt erhältlich, kann man ein vergütetes, Metall gefasstes  40 mm Astro-Plössl-Okular mit Normgewinde für < 25 € kaufen. Für die Anbindung des Plössl an die Canon-Kamera sollte ein einfacher Adapter ,,Normgewinde Plössl/Canon Bajonett" reichen. Für die Verbindung Plössl als Objektiv und Kompensations-Okular habe ich einen Adapter.
(Der Vorteil des Plössl ist es nach meinem Verständnis, dass es baubedingt das vom Kompensationsokular korrigierte Zwischenbild nach der Theorien unverändert auf den Chip bringt. Wieweit das auch für ein für andere Zwecke gebautes Kamera-Objektiv wie das Pentax Pancake zutrifft, kann ich nicht beurteilen. In den im Forum gezeigten Bildern kann ich als Laie allerdings keine Fehler erkennen.)
Hat jemand diese Adaption schon mal probiert/realisiert?
Gruß Carlos

[Lupus]

Hallo Carlos,

Der Vorteil des Plössl ist es nach meinem Verständnis, dass es baubedingt das vom Kompensationsokular korrigierte Zwischenbild nach der Theorien unverändert auf den Chip bringt.

wie kommst Du darauf?

Hubert

[peter-h]

Hallo Carlos,

es muß bei der Tandemoptik nicht unbedingt ein Fotoobjektiv sein. Auch ein "richtiger" Achromat reicht absolut aus. Aber "richtig" ist leider etwas schwer zu finden. Ich habe mich lange damit beschäftigt und gerechnet. Wenn ich mich nicht täusche, so ist auch in der Zeiss Aufsetzkamera MC63 nur ein kleiner Achromat mit f=63mm verbaut.   63mm / 25mm = 2,52, also der richtige Faktor für 24x36 Bildformat.
Meine Versuche mit einem Achromat f=40mm für eine APS-C Kamera waren nicht schlecht. Edmund Optics liefert eine reiche Auswahl. Die stärker gekrümmte Seite sollte zum Chip zeigen sonst gibt es zum Rand einen größeren Astigmatismus.

Soweit meine Gedanken zur Adaption
Peter

[Carlos]

Hallo Hubert,
Deine Frage wird m.E. eindeutig in dem von mir oben eingefügtem  ,,link" zur HP von Peter Höbel beantwortet. Schau mal dort unter ,,Kamera-Adaption" nach.
Hallo Peter,

es muß bei der Tandemoptik nicht unbedingt ein Fotoobjektiv sein.

Das überrascht mich nach Deinen Ausführungen auf der HP nicht.  Danach sollte auch ein 40 mm Plössl als Objektiv tauglich sein. (Vorausgesetzt, die Zentrierung und die Abstände ,,Austrittslinse Okular/ Eintrittslinse Plössl" sowie ,,Austrittslinse Plössl/Chip" stimmen.) 
Gruß Carlos

[Lupus]

Hallo Carlos,

ich zweifle nicht daran, dass ein Plössl Okular als Zwischenoptik qualitativ ausreicht, ich verwende selbst eine solche Kombination für bestimmte Zwecke. Aber Deine Aussage dass es das Zwischenbild nach der Theorie unverändert auf den Chip bringt ist nicht richtig.

Das Okular ist auch nichts anderes als ein vierlinsiges System, das 6 Flächen zur Fehlerkorrektur zur Verfügung hat. Ein kompakt aufgebautes gutes Fotoobjektiv bildet eindeutig etwas besser ab. Aber in den allermeisten Fällen reicht für die schlanken Strahlenbündel des Mikroskopes eine einfachere Optik, und oft ist dann der Kontrast durch die geringere Anzahl der Oberflächen besser.

Wenn man allerdings moderne Objektive mit geringer Vergrößerung und sehr hoher NA verwendet stößt man im Randbereich mit einem Plössl-Okular an seine Grenzen. Die Abbildungsfehler hängen nämlich vom Austrittspupillendurchmesser des Mikroskopes ab. Bei Objektiven aus der Endlichzeit lässt sich nach meiner Erfahrung problemlos ein Plössl-Okular verwenden.

Hubert

[Carlos]

Hallo Hubert,
Die von mir angestellten Überlegungen zur Analogie der ,,Tandem-Optik" aus ,,Plössl + Kompensations-Okular " an einer CMOS-Okularkamera und einer ,,Tandem-Optik" aus ,,Plössl + Kompensations-Okular " an einer EOS-Canon-Kamera mit APS-C Chip beziehen sich auf ein Sehfeld 18 und jeweils ein 10x Kompensations-Okular. Dabei soll das Bild der Kamera innerhalb des Sehfeldes liegen und möglichst bis an den Rand des Sehfeldes reichen.
Bei der CMOS-Okularkamera erreicht man dies mit einer ,,Tandem-Optik aus 12,5 mm Plössl + 10x Kompensations-Okular". Hier muss man aber etwas ,,basteln".
Bei der EOS-Canon-Kamera mit APS-C Chip erreicht man dies mit einer ,,Tandem-Optik aus einem 40 mm Kamera-Objektiv, z.B. mit einem gebrauchten Pentax-Pancake-Kameraobjektiv (Kosten ca.100 €), und 10x Kompensations-Okular. Diese Adaption kann man mit einfachen, käuflich erhältlichen Adaptern (Kosten ca. 20 €) ,,zusammenschrauben".
Wenn man allerdings ein käufliches 40 mm Plössl als Kamera-Objektiv  verwenden kann, könnte man auch diese Adaption bei deutlich niedrigeren Kosten ,,zusammenschrauben"
Bleibt allerdings die Frage, ob es deutliche Unterschiede in der Bildqualität der drei Adaptionsmöglichkeiten gibt.
Gruß Carlos 

[Kay Hoerster]

Hallo Carlos,

ohne jetzt die genauen optischen Daten von Plössel-Okularen (und davon gibt es ja etliche am Markt) zu kennen, wäre erstmal entscheidend für die Eignung eines solchen Objektivs, ob die Schnittweite lang genug ist. Ansonsten wird es unmöglich, dieses Okular an einer DSLR (mit üblichem Auflagemass von ca. +/-45mm) zu verwenden, denn man käme bei zu kurzer Schnittweite nicht auf Unendlich. Bei einer spiegellosen Systemkamera (Sony NEX z.B.) könnte es klappen, die haben nur ein Auflagemaß von 18mm. Ich bin übrigens auch gerade dabei, verschiedene Pancake-Objektive (40-45mm Brennweite), ein 40mm Sonnar, ein 40mm Achromat sowie ein 35mm f2,4 Flektogon (Zeiss Jena) zu in afokaler Projektion zu testen...da gibt es recht deutliche Unterschiede. Eine Zusammenfassung ist noch nicht so weit, wird aber kommen...

Viele Grüße
Kay

[Carlos]

Hallo Kay,
Ein Plössl mit 40 mm Brennweite bildet als Objektiv ein ,,unendlich" entferntes Objekt im Abstand der Brennweite von 40 mm exakt auf einer Chip-/Filmebene ,,plan" ab. Die Canon-Kamera allein mit dem Plössl als Objektiv bildet deshalb alle ,,unendlich" weiten Objekte im Abstand der Austrittslinse (das ist nicht exakt die Brennweite) von ca. 40 mm scharf ab. (Die ,,unendlich"-Einstellung  kann man leicht überprüfen und gegebenenfalls durch geringfügiges Rein- oder Rausschrauben des Plössl bei Aufnahmen allein als Kameraobjektiv, ohne Okular, korrigieren.)   Das Kompensations-Okular zeigt das Zwischenbild korrigiert als ,,imaginäres" Bild im ,,Unendlichen". Deshalb wird von der ,,Tandem-Optik" aus 40 mm Plössl als auf ,,unendlich" eingestelltes Kameraobjektiv mit dem Kompensations-Okular auch ein mikroskopiertes Objekt  in ca. 40 mm Abstand plan auf dem Chip entsprechend vergrößert real scharf abgebildet.
Gruß Carlos

[Lupus]

Hallo Carlos,

das Thema ist doch recht kompliziert, weil man nicht mehrere Dinge gleichzeitig vergleichen kann. Z.B. nicht verschiedene Kameras mit unterschiedlichen Pixelgrößen (und evtl. Qualität) mit verschiedenen Optiken, die wiederum unterschiedliche Qualität haben können. Und außerdem gibt es Plössl-Okulare von vielleicht 25.- bis 200.-, die teuren haben auch eine optimierte Linsenkonstruktion.

Ein Rechenbeispiel zu dem Problem:

In Bild 1 ist die Abbildung durch ein f=40 mm Plössl-Okular gerechnet, an einem typischen Mikroskop höherer Vergrößerung und mäßiger NA (hier z.B. 64x/0.85x, Okular 10x). Dadurch ist die Bildinformation eher gering (=geringer Austrittspupillendurchmesser), es reicht eine relativ geringe Gesamtpixelzahl der Kamera. Die rechnerische beugungsbedingte Auflösung auf der Sensorebene wäre etwa 33 µm im Vergleich zum Canon-Sensor mit 5.2 µm Pixelgröße. Bei dem Austrittspupillendurchmesser des Mikroskopes von etwa 0.7 mm ergibt sich der rechts im Bild dargestellte Bildfehler durch das Plössl-Okular, von der Achse (oben) bis zum Bildrand des APS-C Sensors bei 26.8 mm Bilddiagonale (unten).

Im Bild 2 ist das Gleiche aber mit einem gering vergrößernden Mikroskopobjektiv relativ hoher NA gerechnet. Dadurch ist die Austrittspupille erkennbar größer (2.1 mm), das Bild hat eine hohe Informationsdichte für die man eine hohe Kamerapixelzahl benötigt. Die maximale Bildauflösung auf der Sensorebene ist dann etwa 9.8 µm und wird durch die 5.2 µm der Kamerapixel relativ gut abgebildet. Man erkennt aber, dass die Bildqualität durch das Plösslokular jetzt nicht mehr ausreicht.

In Bild 3 ist das gleiche Mikroskop mit ungünstig großer Austrittspupille wie in Bild 2, aber mit zwei besseren Kameraobjektiven (links ein einfaches Tessar) gerechnet. Man erkennt dass hier die Kameraoptik nicht mehr das begrenzende Element darstellt, speziell bis zum Bildrand.

Am besten einfach praktisch testen.....

Hubert

[Kay Hoerster]

Hallo Carlos,

Du schreibst:

Hallo Kay,
Ein Plössl mit 40 mm Brennweite bildet als Objektiv ein ,,unendlich" entferntes Objekt im Abstand der Brennweite von 40 mm exakt auf einer Chip-/Filmebene ,,plan" ab.

Das ist für mich etwas unscharf formuliert...das Bild wird in einer Entfernung von 40mm von der bildseitigen Hauptebene des Plössl-Objektivs erzeugt. Das Plössl ist ja schematisch gesehen aus 2 achromatischen Dubletten zusammengesetzt, die auch eine gewisse Dicke haben (ich schätze insgesamt eine Dicke von 12-14mm). Die bildseitige Hauptebene wird sicherlich irgendwo innerhalb dieses Glas-Blockes liegen, also wird die Schnittweite (Abstand der Brennebene vom letzten -dem Auge zugewandten- Linsenscheitel) zwangsläufig kleiner sein, als die Brennweite.
Mehr wollte ich gar nicht zu bedenken geben. Hier gilt es einfach zu beachten, dass die Schnittweite nicht zu klein ist, denn ansonsten würde der hintere Linsenscheitel mit dem Schwingspiegel der Kamera kollidieren. Ich habe an meiner EOS 7D eine mögliche minimale Schnittweite von ca. 34mm ermittelt. Bei dieser Entfernung des letzten Linsenscheitels zur Sensorebene / Brennebene wird eine kollision der Optik-Baugruppe mit dem Schwingspiegel noch sicher verhindert. Vielleicht kann Hubert aus seinem Schema die Lage der Hauptebenen und somit auch die Schnittweite seines Plössl-Objektivs bestimmen.
Ansonsten ist mir natürlich die Funktion der afokalen Projektion geläufig ;-)))

Viele Grüße
Kay

[Carlos]

Hallo Kay,

Die bildseitige Hauptebene wird sicherlich irgendwo innerhalb dieses Glas-Blockes liegen, also wird die Schnittweite (Abstand der Brennebene vom letzten -dem Auge zugewandten- Linsenscheitel) zwangsläufig kleiner sein, als die Brennweite.
Mehr wollte ich gar nicht zu bedenken geben. Hier gilt es einfach zu beachten, dass die Schnittweite nicht zu klein ist, denn ansonsten würde der hintere Linsenscheitel mit dem Schwingspiegel der Kamera kollidieren. Ich habe an meiner EOS 7D eine mögliche minimale Schnittweite von ca. 34mm ermittelt. Bei dieser Entfernung des letzten Linsenscheitels zur Sensorebene / Brennebene wird eine Kollision der Optik-Baugruppe mit dem Schwingspiegel noch sicher verhindert.

Dem stimme ich voll und ganz zu! Das war auch der Grund, warum ich ,,ca. 40 mm" geschrieben und darauf hingewiesen habe, dass das nicht der Brennweite entspricht. (Der Abstand ist kürzer! Die Gefahr der Kollision mit dem Schwingspiegel war mir bewusst.)
Zwischenzeitlich habe ich ein sehr preiswertes 40 mm Plössl-Okular (< 20 €) aus China erhalten. So wie es aussieht (Baulänge der Linsengruppen) könnte es ohne Kollisionsgefahr mit dem Schwingspiegel passen.
Mich wundert nur, dass noch niemand sich gemeldet hat, der diese Art von ,,Tandem-Optik" (erfolgreich oder vergeblich) versucht hat.
Gruß Carlos

[Lupus]

Hallo,

Ich habe an meiner EOS 7D eine mögliche minimale Schnittweite von ca. 34mm ermittelt. Bei dieser Entfernung des letzten Linsenscheitels zur Sensorebene / Brennebene wird eine kollision der Optik-Baugruppe mit dem Schwingspiegel noch sicher verhindert.

in meinem Rechenbeispiel beträgt der Abstand 30 mm. Im Falle eines etwas kleineren Okulars (mit kleinerem Bildfeld und dadurch dünneren Linsen) könnte der Abstand 1-3 mm größer sein. Eine spiegellose Kamera wie ich sie verwende ist da im Vorteil.

Ein einfacher Achromat mit der gleichen Brennweite des Plössl-Okulars zeigt übrigens in der Rechnung z.T. ein deutlich besseres Bild am Rand! Ich würde für allgemeine Anwendungen kein Plössl verwenden, es geht, aber da ist kein wirklicher Vorteil zu erkennen.

Es ist ein Trugschluss dass die guten optischen Eigenschaften als Okular bei der Verwendung als Objektiv erhalten bleiben. Es wird zwar im Prinzip wie im Teleskop verwendet, nur umgekehrt. Aber der Strahlengang ist nicht symmetrisch umgekehrt. Die vom Teleskopbild ausgehenden Lichtstrahlen treffen naturgemäß leicht divergent auf das Okular auf, während die vom Okular auf den Kamersensor gelenkten Lichtstrahlen nach außen geneigt sind (siehe Bild 1 und 2). Die gemeinsame Lichtbrechung der beiden Linsenpaare des Plössl-Okulars werden im zweiten Fall nicht optimal genutzt, ein einzelner Achromat kann (meistens) die gleiche Wirkung besser erfüllen.

Hubert

[peter-h]

Hallo zusammen,

wie Hubert so schön gerechnet und dargestellt hat ist diese Materie etwas komplexer als angenommen. Auf meiner HP habe ich einige Beispiele gezeigt, aber was ich nicht dargestellt habe sind die vielen Rechnungen und Versuche davor. Oft liegt ein gutes oder schlechtes Ergebnis an Kleinigkeiten. Bei einem Objektiv ist die Blenden oder Pupillenlage verantwortlich für : Koma, Astigmatismus und Bildfeldwölbung. Nicht aber für die sphärische Korrektur. Ein altes Rechnebeispiel zeigt das schön. D.h. der Abstand der beiden Optikteile kann entscheident sein !
Gruß
Peter

[Carlos]

Hallo zusammen,
Da offensichtlich noch niemand versucht hat, mit einer ,,Tandem-Optik" aus 40 mm Plössl-Astro-Okular und einem, zu Mikroskop-Objektiven passendem Kompensations-Okular mit einer EOS Canon-Digitalkamera am Mikroskop zu fotografieren, habe ich mir vorgenommen, das mal zu probieren. Warum? Dafür gibt es mehrere Gründe:
1.   In der Regel wird für die Fotografie durchs Okular ein ,,klassisches" Kamera-Objektiv verwendet, z.B . ein Pentax Pancake. (und ein zum Mikroskop-Objektiv passendes Okular.)
Die ,,klassischen" Kamera-Objektive wurden aber für ganz andere Anwendungsfälle entwickelt! Entsprechend aufwendig wurde ihre Optik ausgelegt. Gute Objektive zeichnen sich vor allem durch ,,hohe Lichtstärke" und  gleichzeitig guter Abbildungsqualität vom Nah-Bereich bis ,,Unendlich" aus. Beides ist für die Fotografie am Mikroskop nicht nötig. Deshalb sollte auch die Optik wesentlich einfacher aufgebaute Objektive verwendbar sein. Ich halte es durchaus für möglich, dass ein (einfach gebautes) 40 mm Plössl-Astro-Okular, als Kamera-Objektiv an einer EOS Canon eingesetzt, sehr gute Bilder liefert.
2.   Für hochwertige, ,,klassische" Kamera-Objektive der ,,Analog-Zeit" gibt es käuflich preiswerte Adapter für die Verwendung an Digital-Kameras. Die Adaption an  eine Digital-Kamera ist somit unproblematisch/ohne ,,Bastelei" möglich.
3.   Leistungsstarke, ,,klassische" Kamera-Objektive der Analogzeit kann man (gebraucht) sehr viel günstiger erhalten als vergleichbare, Original-Objektive für Digital-Kameras. Da man am Mikroskop die Regelung der Blende und die (automatische) Entfernungseinstellung des Objektivs nicht benötigt, sind diese Gebraucht-Objektive ein vollwertiger Ersatz. Nach wie vor sind diese Objektive aber immer noch recht teuer! Ein 40 mm Plössl dagegen kann man weit günstiger kaufen. (Ich habe dafür ca. 16 € bezahlt. Das stammt aus China, ist entspiegelt und hat einen Voll-Metall-Mantel.)
Die Anbindung der Plössl/Periplan-Tandem-Optik ans Mikroskop glaube ich in einer einfachen Steckverbindung bereits gelöst zu haben.
Bleibt also ,,nur noch" die Anbindung an die EOS Canon-Kamera. Auch hier habe ich bereits einige Überlegungen angestellt. Ich bin aber sicher, dass anhand der nachfolgenden Bilder die kreativen ,,Bastel-Experten" des Forums weit bessere Lösungswege finden. Für entsprechende Vorschläge wäre ich dankbar.
Die Okulare

Okulare auseinander geschraubt



zusammengesteckt

Lage der Innenlinse des Plössl

Hier soll die Verbindung zur Canon erfolgen

Gruß Carlos

[Kay Hoerster]

Hallo Carlos,

prüfe doch bitte zuerst einmal, ob Du mit dem 40mm Plössl überhaupt auf dem Kamera-Chip ein Bild von einem Objekt im Unendlichen abbilden kannst, ohne dass das Plössl zu tief in den Kamerakörper eintaucht und dabei ggf. beim Auslösen der Kamera mit dem Spiegel kollidiert. Ich sehe anhand der Bilder der Okularfassung, dass die Linsen etwas unterhalb der Gehäusekanten stehen (gefühlt ca. 2-3mm). Das könnte Dein Vorhaben schon gefährden. Der Test ist ja ganz einfach, indem Du das Okular vor die Bajonettöffnung der Kamera plazierst und versuchst, durch Verschieben des Okulars ein weit entferntes Objekt scharf zu stellen, die Bildqualität spielt ja erstmal eine untergeordnete Rolle. Ggf. dazu das Live-Bild der Kamera betrachten oder durch den Sucher der DSLR schauen. Wenn das gefahrlos geht (d.h. der Spiegel kann sich beim Auslösen noch vor der Okular-Gehäusekante ohne Kollision mit dieser frei bewegen) kann man sich über die notwendigen Verbindungen Gedanken machen. Ich nutze für solche Versuche immer gerne ganz einfache M42 Zwischenringe (ohne Blendenstössel), die man für ganz wenig Geld bei ebay kaufen kann.

Ich bin auf das Testresultat gepannt.
Viele Grüße
Kay