Frage zum Objektivvergleich

[Florian D.]

Hallo,
ich bin über die Seite
https://mikroskopiedernatur.de/rehabilitation-fuer-den-achromaten
gestolpert, wo Apochromaten mit Achromaten verglichen werden.
Dort wird behauptet, dass Apos oft eine niedrigere Tiefenschärfe und Kontrast liefern würden, weil sie eine höhere Apertur hätten.
Vergleicht man da nicht Äpfel mit Birnen?
Den Apochromaten kann man ja abblenden, wenn einem die Tiefenschärfe zu gering ist, profitiert dann aber immer noch von der besseren Farbkorrektur, oder?

Viele Grüsse
Florian

[Peter V.]

Lieber Florian,

das kannst Du mit dem Autor hier direkt vor Ort klären  Er ist recht aktiv in unserem Forum.

Herzliche Grüße
Peter

[Christian Linkenheld]

Hallo Florian,

bei gleicher Vergrößerung und höherer NA hat natürlich der Apochromat tatsächlich die geringere Schärfentiefe. Das kann, muss aber kein Nachteil sein und gilt auch nur, wenn die gleiche nachvergrößernde Optik (Okulare, Kameraadapter) verwendet wird.
Dass apochromtisch korrigierte Objektive einen geringeren Kontrast (oder ist eher die Schärfe gemeint?) haben stimmt nicht. Das Gegenteil ist zumindest bei den Objektivserien der letzten 4 oder 5 Jahrzehnte der Fall - wenn die Objektive noch in Ordnung sind.
Trotzdem ist es so, dass mit einem achromatisch korrigierten Objektiv und im Hellfeld ein Sachverhalt in sicher 95% der Fälle vergleichbar gut erkannt wird, wie mit einem höher korrigierten Objektiv. Für diese einfache Routinemikroskopie sind apochromatisch korrigierte Optiken praktisch immer überdimensioniert. Es gibt aber auch Mikroskopiker, die nicht die im Bild enthaltene Information, sondern die irgendwie erkennbaren Abbildungsfehler suchen...

viele Grüße

Christian

[rhamvossen]

Hallo,

Vergleicht man da nicht Äpfel mit Birnen?

Na klar wirden da Äpfel mit Birnen verglichen. Es geht um zwei verschiedene Objektiv-Klassen, also es sind Äpfel und Birnen. Deswegen sind die Ergebnisse mit die zwei Objektiv-Klassen  auch anders.

Den Apochromaten kann man ja abblenden, wenn einem die Tiefenschärfe zu gering ist

Das zu viel abblenden ist einer der größten Fehler, den ein Mikroskopiker machen kann. Wer gerne die Bilder von seine Apochromaten ruinieren will, der sollte vor Allem die Aperturblende schliessen.

Dass apochromtisch korrigierte Objektive einen geringeren Kontrast (oder ist eher die Schärfe gemeint?) haben stimmt nicht

Die Bilder auf meine HP sagen etwas anderes. Ich habe die Vermutung das du etwas anderes unter Kontrast verstehst als ich. Was die Schärfe betrifft, ein Apochromat bildet schärfer ab. Aber wegen der höhere Schärfentiefe zeichnen sich die Umrisse von Objekten besser ab mit ein Achromat. Das führt oft zu eine bessere erster subjektive Bildeindruck. Interessant ist das fast alle Aufnamen mit die Achromaten von Leute (nicht-Mikroskopiker) als deutlicher wurden beurteilt. Man sollte sich manchmal überlegen was man mit seine Aufnamen will. Viele Leute die sich Bilder nur kurz ansehen (die meiste Leute!), sehen überhaupt nicht das ein teurer Apochromat verwendet wurde, was sie eher sehen ist das das das Bild vom dem Apo nicht so deutlich  erscheint als das von dem Achromat.

Im Algemeinem wollte ich mit der Vergleich zeigen das für viele Objekte die Achromaten genau so gut für die Fotografie verwendet werden können als Apochromaten, und manchmal macht es mehr Sinn ein Achromat zu nützen, weil z.B. weniger empfindlich für dicke Präparaten und Deckglasdicke. Verwendet man einen Apo mit hohe Apertur für ein zu dickes Präparat, bleibt von der Kontrast gar nichts mehr übrig. Es gibt für beide Objektiv-Klassen einen Platz.

Beste Grüsse,

Rolf

[Florian D.]

Hallo Rolf,

meine Frage sollte keine Kritik an deiner sehr schönen Seite sein!

"Das zu viel abblenden ist einer der größten Fehler, den ein Mikroskopiker machen kann. Wer gerne die Bilder von seine Apochromaten ruinieren will, der sollte vor Allem die Aperturblende schliessen."

Ich habe mich nur gefragt, ob die Unterschiede, die Du herausgearbeitet hast, nicht vielleicht verschwinden, wenn Du den Apo so weit abblendest, dass seine Apertur mit der des Achromaten übereinstimmt. Der Unterschied der Aperturen ist ja normalerweise nicht so gross, so dass man wohl nur wenig abblenden muss. Vom Schliessen der Aperturblende kann also keine Rede sein.

Viele Grüsse
Florian

[rhamvossen]

Hallo Florian,

meine Frage sollte keine Kritik an deiner sehr schönen Seite sein!

So hatte ich das auch nicht interpretiert. Jedenfals Dank für dein Komplimemt

Ich habe mich nur gefragt, ob die Unterschiede, die Du herausgearbeitet hast, nicht vielleicht verschwinden, wenn Du den Apo so weit abblendest, dass seine Apertur mit der des Achromaten übereinstimmt.

Ich denke das man das besser nicht machen kann. Dann wird den Apo unterbeleuchtet was zu mehr Artefakten führen kann. 

Der Unterschied der Aperturen ist ja normalerweise nicht so gross, so dass man wohl nur wenig abblenden muss. Vom Schliessen der Aperturblende kann also keine Rede sein.

Der Unterschied in Apertur zwischen ein Achro 40/0.65 und ein Apo 40/1.0 ist schon signifikant. Wenn man dan auch noch ein Apo 40/1.4 wie ein  Achro 40/0.65 abblended, wird das nur zu einem suboptimales Bild des Apos führen.

Beste Grüsse,

Rolf

[jochen53]

Hallo,
jedes Objektiv erreicht sein höchstes Auflösungsvermögen grundsätzlich immer bei größter Öffnung (= Blende, relative Öffnung), egal ob es an einem Mikroskop oder einer Kamera sitzt. Dann hat es aber auch die geringste Schärfentiefe und der Kontrast ist am geringsten. Der Beobachter empfindet jedoch ein Bild mit höherem Kontrast und geringerem Auflösungsvermögen immer als "schärfer" gegenüber einem solchen mit hohem Auflösungsvermögen, aber niedrigem Kontrast. Die Randzonen eines Objektivs tragen immer stark zu den Bildfehlern bei. Abblenden des Objektivs schneidet diese ab und verbessert die visuell wahrgenommene Abbildungsqualität. Gleichzeitig steigt die Schärfentiefe an und damit wiederum die visuell wahrgenommene Bildqualität bei Objekten mit einer gewissen Dicke. Nur fotografische Testtafeln, Liniengitter und Objektmikrometer sind solche flachen Objekte ohne räumliche Ausdehnung, mikroskopische Präparate, Landschaften und Portraits sind es nicht.
"Unschärfe" kann verschiedenste Ursachen haben, chromatische Aberration, Astigmatismus, Koma, Bildfeldwölbung usw. Eine apochromatische Korrektion von Objektiven an sich ist uralt, aber solche Linsensysteme auch gleichzeitig mit hohem Kontrast und großer relativer Öffnung zu konstruieren, das gelang erst mit dem Einsatz von elektronischen Rechnern, Gläsern mit anomaler Teildispersion, wirtschaftlicher Fertigung von asphärischen Linsen und mit mehrschichtiger Oberflächenvergütung der Linsen.
Dasselbe, was hier am Beispiel von "einfachen" Achromaten und höher korrigierten Systemen wie Apochromaten diskutiert wird, kannte man schon vor vermutlich 100 Jahren oder noch viel früher am Beispiel von Fotoobjektiven. Höher korrigierte Systeme brauchten viel mehr Linsen und mangels Vergütung und fehlender Rechenmöglichkeiten erzeugten sie viel mehr Streulicht (4 % pro Glas/Luftfläche!) und damit flaue, kontrastarme Bilder, die man allgemein als "unschärfer" empfand. Vor der Einführung der Linsenvergütung (ab 1937 zunächst für militärische Anwendungen, ab ca. 1949 auch für zivile Optiken) zeichnete eben ein 4-Linser mit einem Kittglied (Tessar, Elmar u.v.a.) mit Lichtstärke 1:3,5 knackiger als ein 7-linsiges Xenon mit zwei Kittgliedern und Lichtstärke 1:1,5.
Das theoretisch höhere Auflösungsvermögen des lichtstärkeren Objektivs kann jedoch durch die sonstigen Restaberrationen nicht ausgeschöpft werden.
Was bei allen Linsensystemen noch hinzukommt, ist die enorme Reduzierung der theoretischen Auflösung durch Beugung bei Abblendung. Hier bietet ein "Objektiv" ohne jegliche Linsen, also ein Loch, das theoretische Maximum (aber blöderweise auch die schwächste Lichtstärke).
Alle erfahrenen Mikroskopiker und auch Fotografen, die sich in ihren Büchern verewigt haben, empfehlen daher wohl auch die weniger aufwendig konstruierten Objektive.
Sicher hat die optische Industrie mit hohem Aufwand für satte Verkaufspreise hier Großartiges geleistet, so manches liegt aber auch schon seit vielen Jahren delaminiert (ich habe keine Namen genannt) im Schrott.

Viele Grüße, Jochen

[Lupus]

Hallo,

es ist wie schon erwähnt ein Äpfel mit Birnen Vergleich. Und auch noch zusätzlich ein Vergleich von neuen Äpfeln mit Äpfeln aus dem Vorjahren. In der Entwicklung hat sich einiges getan, ein Objektiv aus den 1970er Jahren lässt sich auch bei gleicher Objektivklasse nicht mit einem aktuellen Objektiv vergleichen. Z.B. ist bei einem modernen Planapochromat auch die Bildfeldebnung bedeutend besser als bei einem Planachromaten. Das war "früher" nicht automatisch so.

wenn Du den Apo so weit abblendest, dass seine Apertur mit der des Achromaten übereinstimmt

Das Argument mit dem "Abblenden" habe ich nicht recht verstanden. Man kann ein Objektiv (von Ausnahmen abgesehen) mangels eigener Irisblende ja nicht abblenden, also aktiv dessen NA verändern. Das Abblenden des Beleuchtungswinkels ist eine ganz andere Sache, dadurch wird die eigentliche Schärfentiefe nicht verändert. Dass bei Phasenobjekten durch das Abblenden der Aperturblende auch der Kontrast und scheinbar auch die Schärfe in größerer Tiefe ansteigt hat mehr etwas mit Interferenzeffekten und einer damit verbundenen Erhöhung des Phasenkontrastes zu tun. Die Artefakte nehmen dabei regelmäßig auch zu.

jedes Objektiv erreicht sein höchstes Auflösungsvermögen grundsätzlich immer bei größter Öffnung (= Blende, relative Öffnung), egal ob es an einem Mikroskop oder einer Kamera sitzt.

Das würde ich bei Fotoobjektiven nicht so sehen, die realen Konstruktionen lassen das durch ihre Bildfehler nicht zu. Man kann den Begriff Auflösungsvermögen nicht auf die theoretische beugungsbegrenzte Auflösung beschränken.

Hubert

[jochen53]

Hallo Hubert,
dU hast völlig Recht, es gibt außer dem "Lochobjektiv" kein real existierendes Objektiv, dessen Auflösungsvermögen nur beugungsbegrenzt ist. Man ist der Beugungsgrenze zwar im Laufe der vielen Jahre immer näher gekommen, aber sie bleibt wegen der von mir erwähnten Abbildungsfehler eben das nur theoretisch zu erreichende Maximum.
Mikroskopiker verstehen unter "Abblenden" grundsätzlich etwas Anderes als Fotografen. Im Fotoobjektiv wird der Durchmesser des Strahlenbündels im Objektiv durch die Blende beschnitten, am Mikroskop wird der Winkel des Beleuchtungskegels vor dem Objektiv durch die Kondensorblende reduziert. Normale Objektive haben ja keine eingebaute Irisblende. Wenn sie eine hätten, dann könnte man damit auch die Randaberrationen ausblenden und gleichzeitig die Schärfentiefe erhöhen, natürlich zu Lasten des Auflösungsvermögens. So vertehe ich die Aussage "wenn Du den Apo so weit abblendest, dass seine Apertur mit der des Achromaten übereinstimmt".

Viele Grüße, Jochen

[3nzo]

Hallo Rolf,
Ihr Artikel ist interessant und ernüchternd, aber ich persönlich bevorzuge fast immer die Bilder, die der Apochromat liefert. Bei manchen Bildern mit Achromat sind Farbsäume zu sehen, die mir nicht gefallen, zum Beispiel beim Cosmaium.
Danke für den Beitrag und viele Grüße.

Enzo

[rhamvossen]

Hallo Hubert,

es ist wie schon erwähnt ein Äpfel mit Birnen Vergleich. Und auch noch zusätzlich ein Vergleich von neuen Äpfeln mit Äpfeln aus dem Vorjahren.

Wie ich schon gesagt habe, natürlich habe ich da Äpfel mit Birnen Verglichen, das war auch die absicht. Es geht hier um unterschiedliche Objektive, also man erwartet einen Unterschied. Äpfel mit Birnen Vergleichen, im warhsten Sinne des Wortes, das würde sein wenn mann einem Vergleich zwischen ein Achromat und Apochromat macht und sich dann verwundert warum es einen Unterschied gibt. Es wurden überigens nicht nur Objektive unterschiedliche Alter verglichen, es gibt auch bilder zwischen Objektive gleichen Zeitalter. Die älteste Objektive waren überigens die Zeiss-Winkel Achromaten, die dann aber ein Bild mit mehr Kontrast gaben als ein jüngeres hoher korrigiertes Objektiv. Also, da kann man nicht mit die Argumentation der verbesserte Vergütung wegen das jungere Alters ankommen.

In der Entwicklung hat sich einiges getan, ein Objektiv aus den 1970er Jahren lässt sich auch bei gleicher Objektivklasse nicht mit einem aktuellen Objektiv vergleichen. Z.B. ist bei einem modernen Planapochromat auch die Bildfeldebnung bedeutend besser als bei einem Planachromaten. Das war "früher" nicht automatisch so.

Natürlich hast du Recht. Aber ich glaube nicht dass das die Diskussion ist. Wo es um geht (wie auch auf meinem HP beschrieben) ist das für manche Objekten die Achromate prima für die Fotografie verwendet werden können und das manche Objekte davon profitieren das die Achromaten eine grössere Schärfentiefe haben. Und das die grössere Schärfentiefe manchmal einem besseren Bildeindruck gibt wegen der höheren Kontrast. Das müsste mit die heutigen unendlich Objektive doch eigenlich auch so sein? Ich habe auch nie behauptet das Achromaten im Algemeimen besser sind, ich sehe nur das man sie für manche Zwecke besser verwenden kann als Apochromaten. Wie von Jochen schon aufgemerkt werden Bilder mit mehr Kontrast oft als "schärfer" beurteilt. Genau das ist auch meine Erfahrung. Auch wenn Kontrast etwas ganz anderes ist als "Schärfe". Dies alles ist natürlich subjektiv. Bei jedem Vergleich der ich mache zeige ich die Bilder an nicht-Mikroskopiker und frage: was findest du das beste/deutlichtste Bild? In 99% der Falle wird das Bild vom Achromaten ausgewählt. Was sagt das? Warum ist das? Es möge Mikroskopiker geben die nur Bilder machen für andere erfahrene Mikroskopiker. Zu dieser Kategorie gehöre ich nicht. Erlich gesagt finde ich es interessanter was nicht-Mikroskopiker von meine Bilder finden. Weil die mit ganz andere Augen beobachten. Wer von euch zeigt oft die Bilder an "normale" Leute?
Was mich jetzt interessieren wurde: wie sieht es aus mit einem Vergleich zwischen einen modernem unendlich Achromat und unendlich Apochromat? Dieser Vergleich kann ich nicht machen, ich habe unendlich Mikroskope mit nur Achromaten. Also, wer meint das dies alles mit moderne unendlich Objektive ganz anders aussieht: zeig es mal. Überzeuge uns mit Vergleichsbilder. Normale, ungestackte Hellfeldbilder.
Beste Grüsse,

Rolf

[rhamvossen]

Hallo Enzo,

Bei manchen Bildern mit Achromat sind Farbsäume zu sehen, die mir nicht gefallen, zum Beispiel beim Cosmaium.

Ich weiss das Farbsäume für manche Mikroskopiker so eine "Besessenheit" sind . Ich weiss auch nicht wie man dieser "Krankheit", dieser Besessenheit, loswerden kann  . Jedenfalls gefällt mir das Cosmarium mit den Achromaten deutlich besser. Beste Grüsse,

Rolf

[jochen53]

Hallo,
Farbsäume, d.h. die Restaberrationen der achromatischen Korrektur, hatte man auch schon vor 150 Jahren und man hatte auch damals schon einen Weg gefunden, sie zu eliminieren: Einen Grünfilter! Wenn man fotografierte, dann auf Schwarz-Weiß-Emulsionen. Auch heute noch funktioniert das, wenn man z.B. ein Objektmikrometer mit einem Achromaten mit sichtbaren Farbsäumen betrachtet, mit Grünfilter sind die Farbsäume weg und die Linien sind "schärfer"! Sozusagen ein Apochromat für arme Leute, halt nur in grün oder schwarz-weiß, nicht in bunt.
Heute hat meine Spiegelreflex-Kamera die Daten der chromatischen Aberrationen, der Verzeichnung und ich glaube auch der Bildfeldwölbung für Dutzende von Nikon-Objektiven gespeichert, die automatisch erkannt werden und rechnet das einfach raus. Ich weiß nicht, ob diese Technologie in der Mikroskopie auch verwendet wird, natürlich geht das nicht nicht bei visueller Beobachtung.
Wenn man es etwas überspitzt formuliert, wird hier an der teuren Optik-Rechnung und -Fertigung gespart und statt dessen in die günstigere Software-Entwicklung investiert. Praktischerweise erreicht man damit auch rein zufällig, daß der Kunde die Original-Objektive verwenden muß bzw. Fremdhersteller hohe Lizenzgebühren für den Algorithmus bezahlen müssen.
Viele Grüße, Jochen

[rhamvossen]

Hallo,

Das mit die Farbsäume der Achromaten, das ist so eine Geschmackssache. Was mich eher stört ist die CVD die man manchmal sieht in Bilder aufgenommen mit eine suboptimale Kamera-Adaption. Damit kann man das Bild von Spitzenoptik ganz leicht ruinieren. Manche Mikroskopiker sind offenbar ein bisschen empfindlich für die Farbsäume von Achromaten. Warum man dann man kein Problem hat mit Aufnahmen gemacht mit z.B Jamin Lebedeff oder Jenaval Kontrast, keine Ahnung. Über Farbsäume gesprochen, wie bunt will man es haben? Beste Grüsse,

Rolf

[Florian D.]

Hallo Jochen,

für einige Programme existieren entsprechende Skripte, z. b.
https://github.com/jboulanger/imagej-macro/tree/main/Align_Channels
für ImageJ.

Viele Grüsse
Florian