Fragen zu unendlich Objektiv

Apochromat · April 10, 2022, 02:20:55 VORMITTAG

Zitat von: Nochnmikroskop in April 09, 2022, 12:29:30 NACHMITTAGS
Hallo Michael,
danke für Deine Berechnung.
Aber ich würde schon gerne die bis zur Tubuslinse unverfälschte Bildbreite kennen, also nein, ich meine nicht das reelle Zwischenbild.

LG Frank

Vor der Tubuslinse entsteht es kein Bild und damit auch keine "Bildbreite". Die aus einem oo- Objektiv austretenden Strahldurchmesser sind unabhänging von der n.A. Sie sind unwichtig und -wie schon gesagt- für den Nutzer eines jeweiligen oo- Systems praktisch uninteressant.
LG Michael

Nochnmikroskop · April 10, 2022, 08:21:57 VORMITTAG

Guten Morgen zusammen,

das Unendlich Objektiv bringt parallele Strahlen zur Tubuslinse, so wie in der Theorie im Ausgangspost (Bild der Uni Wien, die Quelle hatte ich anfangs nicht angegeben).
Natürlich ist das komplette "Abbild" in den Strahlen vorhanden, sonst könnte die Sammellinse ja nix sammeln.

Also wird durch das Linsensystem des Unendlich-Objektivs der vergrößerte Teil der von der Frontlinse aufgenommenen Informationen "annähernd parallel" weitergeleitet. Hier müssen alle Informationen, sprich das hochaufgelöste Bild, vorhanden sein. Diesen Durchmesser des Strahlengangs möchte ich gerne kennen, idealerweise bei 100x / nA1,4.
Es ist soweit klar, das herkömmlich erst im Nachgang durch eine Sammellinse der Kamerasensor die Informationen aufbereitet bekommt.

Anlage Fotos vom Zeiss unendlich Objektiv 5x im Primitivtest "paralleler Strahlengang"

Informationen:
https://www.leifiphysik.de/optik/lichtausbreitung/grundwissen/lichtbuendel-und-lichtstrahlen
https://www.univie.ac.at/mikroskopie/1_grundlagen/mikroskop/objektiv/7a_unendlich.htm
https://de.wikipedia.org/wiki/Objektiv_(Optik)#/media/Datei:Microscope_Objectives_by_ZEISS.jpg

LG Frank

Lupus · April 10, 2022, 09:17:46 VORMITTAG

Hallo Frank,

das Bild der Uni Wien ist etwas irreführend, genau genommen sogar falsch. Parallel sind nur die Strahlen, die von einem einzelnen Objektpunkt ausgehen. Ein daneben liegender Objektpunkt erzeugt ein paralleles Strahlenbündel, das in einem anderen Winkel aus dem Objektiv austritt. Daher ist die zugehörige Bildbeschreibung auch falsch, man könne durch die Parallelität einen unendlich langen Tubus anschließen - das gesamte Strahlenbündel weitet sich nach kurzer Strecke bereits deutlich auf.

Was Du vermutlich meinst ist der Durchmesser des Lichtaustrittes am Objektivende. Der ist u.a. von der Konstruktion des Objektives abhängig. Den kannst Du doch einfach messen.

Hubert

reblaus · April 10, 2022, 09:27:28 VORMITTAG

Hallo -

Hubert hat mir den digitalen Stift aus der Hand genommen! Die Darstellungen der Uni Wien sind schön knapp und manchmal ganz nützlich - aber folgende Aussage ist zumindest stark missverständlich, weil unvollständig:

"sondern das Licht verlässt das Objektiv als unendliche parallele Strahlen, was einen "unendlich" langen Tubus ermöglicht"

Dies gilt ja nur, wenn auch der Durchmesser von Tubus und Tubuslinse unendlich ist!

Unendliche Grüße

Rolf

Nochnmikroskop · April 10, 2022, 09:47:59 VORMITTAG

Hallo Hubert,
das mit absoluter Parallelität ist natürlich nicht der Fall, eine Aufweitung der Strahlen findet statt. Sonst müssten ja auch nicht die Tuben innen schwarz matt ausgeführt werden, um Reflexionen der "irrgeleiteten" Strahlen und der Reflexionen der Tubuslinse zu schlucken.

Natürlich suche ich die am Objektiv austretende Öffnung. Leider habe ich noch kein so hoch auflösendes Objektiv, welches an das Max. von 0,2 µm Auflösungsgrenze stoßen kann. Deswegen wäre natürlich eine günstige Lösung, wenn man das berechnen könnte.

Hallo Rolf,
es ist idealisiert dargestellt, Du hast recht. Aber gegenüber den endlichen Objektiven kann wohl die Mikroskop Bauform in größeren Grenzen variiert werden, so verstehe ich das mal.

LG Frank

Lupus · April 10, 2022, 09:56:13 VORMITTAG

Hallo Frank,

ZitatLeider habe ich noch kein so hoch auflösendes Objektiv, welches an das Max. von 0,2 µm Auflösungsgrenze stoßen kann. Deswegen wäre natürlich eine günstige Lösung, wenn man das berechnen könnte.

ich verstehe immer weniger was Du willst.

Hubert

Nochnmikroskop · April 10, 2022, 10:10:59 VORMITTAG

Zitat von: Lupus in April 10, 2022, 09:17:46 VORMITTAG

Was Du vermutlich meinst ist der Durchmesser des Lichtaustrittes am Objektivende. Der ist u.a. von der Konstruktion des Objektives abhängig. Den kannst Du doch einfach messen.

Hubert

Hallo Hubert,
kann ich eben nicht einfach messen.

LG Frank

Apochromat · April 10, 2022, 10:24:06 VORMITTAG

Hallo Frank,

in Deinem kleinen Experiment verwendest Du aber das oo- Objektiv nicht bestimmungsgemäß. Das ist ja bei einem oo- Objektiv nur dann der Fall, wenn sich das Objekt in exakt der vorderen Brennebene des oo-Objektives befindet. Du hast das Objektiv einfach als teure Lupe mit anderem Abbildungsmassstab verwendet und nicht als Mikroskopobjektiv, da Du ja in Deinem Aufbau mit Petrischale kein auf das Objektiv abgestimmtes Mikroskop benutzt hattest, also damit auch die bestimmungsgemäße Fokuslage des oo- Objektives nicht sicher gestellt werden konnte.

Und noch einmal: Der Strahlquerschnitt, welcher aus einem oo- Objektiv austritt, ist nur für den Konstrukteur eines Statives wichtig, damit die Falschlichtfallen etc. an der richtigen Stelle den richtigen Durchmesser haben. Der Optikrechner legt diese Parameter zuvor aufgrund anderer, genereller Grundbedingungen des jeweiligen oo- Konzepts fest. Für die werden ja die gesamten Durchmesser der relevanten Optiken im Strahlengang berechnet, bzw. meist ist es anders herum: Das Optikkonzept wird aufgrund bestimmter Grundüberlegungen, wie die maximal erlaubte Dimensionierung des Mikroskopstativs, die sich daraus ergebende Menge an benötigtem Glasweg, Brennweitenverhältnisse und Durchmesser der Strahlengänge an allen Stellen) am Anfang festgelegt. Dann werden die Objektive und weitere Komponenten (z.B. Tubuslinsendurchmesser, Dimensionierung der DIK- Schieber, Fluoreszenzfilter, Polarisatoren) berechnet.

So jetzt klinke ich mich hier aus.

PS: Bin nicht genervt nur kann ich hier nichts weiter zur fruchtbaren Diskussion beitragen, da alles schon einmal gesagt wurde.

LG
Michael

Nochnmikroskop · April 10, 2022, 13:04:05 NACHMITTAGS

Hallo Werner,
Entschuldigung, ich habe mich gar nicht für Deine Rückmeldung bedankt.

Zitat von: Werner in April 09, 2022, 17:49:40 NACHMITTAGS
Die Theorie stimmt.
In der Praxis habe ich unbekannte Bündelabmessungen in Optiken mit Pergamentpapierstücken angeschaut. Die Optik wurde möglichst hell durchleuchtet oder im ganz Dunklen betrachtet (mit bereitliegender Taschenlampe). Im Tubus kann man einen langen Kupferdraht verwenden, der am Ende einen Haltering für das Papier angebogen bekommt. Es gibt/gab sogar transparentes Millimeterpapier, das dann zum Vermessen dienen kann.

Das habe ich auch versucht, zumindest so ähnlich, mit dickerem Zeichen-Transparentpapier (85g/m²). Allerdings konnte ich die Skala bzw. den Barcode nicht erkennen, auch nicht durch Anfeuchten des Papiers.
Das Prinzip ist denke ich gleich eines alten Profilprojektors, der wirft das vergrößerte Abbild des Objektivs über einen Spiegel auf eine Mattscheibe.
Jedenfalls eine gute Idee von Dir, danke dafür.

LG Frank

Nochnmikroskop · April 10, 2022, 13:08:07 NACHMITTAGS

Zitat von: Apochromat in April 10, 2022, 10:24:06 VORMITTAG
Und noch einmal: ......

So jetzt klinke ich mich hier aus.

LG
Michael

Lieber Michael,
Dir danke ich auch für Deine Expertise. Ich wollte Dich keinesfalls mit meiner Dickfälligkeit (oder ist das schon Starrsinn?) ärgern.
Schönen Restsonntag noch.

LG Frank

Werner · April 10, 2022, 18:36:07 NACHMITTAGS

Noch ein Verständnishinweis: Den Strahlenverlauf für das/die Bündel kann man grafisch schön mit der Abbildungsgleichung darstellen. Ein achsparallel einfallendes Bündel (Grenze: Linsenrand) schneidet sich genau im Brennpunkt auf der Achse. Der Verlauf ist auch umkehrbar: Vom Brennpunkt aus ergibt sich ein genau achsparalleles Bündel. Wenn aber ein Objekt ein wenig neben dem Brennpunkt ist (in der Brennebene), kann das austretende Bündel nicht mehr achsparallel sein, sondern als Bündel etwas gegen die Achse geneigt. Bei einer angenommenen Ablage und der bekannten Brennweite kann man den Winkel auch ausrechnen.
Bei Mikroskopen sind die Winkel sehr klein. Jedenfalls darf die Tubuslinse im Durchmesser nicht kleiner sein als die sich ergebende Lichtröhre (Kegelstumpf), sonst gibt es Vignettierung mit Auflösungsverlust. Das Problem hat aber nur der Optikkonstrukteur, sonst niemand...

Gruß - Werner

Nochnmikroskop · April 10, 2022, 20:10:43 NACHMITTAGS

Hallo ADi,
danke für Deine Links.
Leider geben die Hersteller und auch EO und Thorlabs etc. keine der gewünschten Informationen preis. Es scheint so wie die Kollegen hier ja schon gepostet haben, die Daten haben einen User nicht zu interessieren. Messungen kann ich selber nur an meinen rel. schlecht auflösenden Objektiven vornehmen, das habe ich natürlich schon getan.
Die Berechnung auf welche Fläche sich die Auflösung bei nA 1,4 verteilt ist so nicht möglich. Wäre womöglich auch vergebens, wenn man die Daten bekommen könnte.
Dennoch habe ich hier wertvolle Grundlagen präsentiert bekommen, es war den Versuch wert.

Hallo Werner,
danke nochmals für Deine weiteren Erklärungen.

Schönen Restsonntag,
LG Frank

FabianVoigt · April 11, 2022, 04:46:09 VORMITTAG

Hallo zusammen,

ich habe nicht alle Beiträge im Detail gelesen, aber es kam immer wieder der Punkt auf, dass man den Durchmesser vom Unendlichstrahlengang hinter einem Objektiv nicht berechnen kann ohne über "geheime" Herstellerinformationen zu verfügen. Das ist nicht so ganz richtig und beim Bau von Mikroskopen in der Forschung rechnen wir ständig damit rum: Das Stichwort ist "Back focal plane" diameter oder "Entrance Pupil Diameter" - Thorlabs z.B. gibt das sogar in Tabellen an: https://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=9895&pn=TL2X-SAP

Wenn wir annehmen, das Licht ausgehend von einem Punkt auf der optischen Achse vom Objektiv kollimiert wird (das heisst, das Objektiv wird mit seinem normalen Arbeitsabstand verwendet), dann ist der Durchmesser des kollimierten Bündels:

D = 2 * NA * f_Obj

Wobei mit f_Obj die Brennweite vom Objektiv gemeint ist. Diese kann man unter Zuhilfenahme der bekannten Brennweiten der Tubuslinsen verschiedener Hersteller bestimmen:

f_Obj = f_TL / M

Bei Olympus ist z.B: f_TL=180 mm, bei Nikon f_TL=200 mm. D.h. ein 100x NA 1.4 Olympus Objektiv hat f_Obj = 1.8 mm und damit is D = 5.04 mm. Bei einem Olympus 10x NA 0.6 ist f_Obj = 18 mm und damit D=21.6 mm und bei einem Olympus XLFLUOR 4x NA 0.28 ist f_Obj=45 mm und D=25.2 mm. Die beiden letzteren Objektive haben mit die grössten Durchmesser aus, die man bei Olympus kriegen kann - was nur deutlich machen soll, dass es bei diesen Durchmessern einen üblichen Bereich von wenigen mm bis rund 2.5 cm hat.

Wichtig sind noch ein paar weitere Punkte:
- Dieser Durchmesser ist der Minimaldurchmesser der freien Öffnung der Tubuslinse - echte Tubuslinsen sollten einen grösseren Durchmesser haben, um das Licht von off-axis Punkten noch auf einen Detektor oder ins Okular zu bekommen ohne stark zu vignettieren.
- Dieser Durchmesser ist ebenso der Minimaldurchmesser der freien Öffnung der hinteren Linse vom Objektiv - ein echtes Objektiv wird aus dem gleichen Grund wie bei der Tubuslinse meist eine grösseren Linsendurchmesser haben.

Viele Grüsse,

Fabian
D =

Nochnmikroskop · April 11, 2022, 09:31:46 VORMITTAG

Hallo Fabian,

vielen Dank für die Info, scheint genau das zu sein, was ich suche.
Schau ich mir später nochmals genauer an.

LG Frank

reblaus · April 11, 2022, 13:25:23 NACHMITTAGS

Hallo Fabian -

vielen Dank für die Mühe, die Du Dir in so früher Morgenstunde gemacht hast um Amateuroptikern wie mir endlich exakte Kenntnisse nahe zu bringen! So kann ich die Erscheinungen, die bei bastlerischem Eingriff in den Strahlengang auftreten endlich korrekt erklären.

Viele Grüße

Rolf