Kondensorvergleiche Achromatisch/Aplanatisch - ? -

Begonnen von micropol, Februar 02, 2023, 14:04:26 NACHMITTAGS

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micropol

Hallo Foristen !

Wie groß ist der Unterschied zw. Kondensoren"nur" Achromat und Achr.Aplanat,ausser im Preis ? Lohnt sich der Aplanat ?
Beispiele für die verschied. Anwendungszwecke.Danke.

Grüße Hermann                               ?????

andr_brno

Hallo Hermann, liebes Forum,
schade dass gerade zu dieser Frage gar niemand eine Antwort weiß... die würde mich nämlich auch interessieren!
Grüße Andreas

Bob

Hallo zusammen,
nach meinem Verständnis kommen hoch korrigierte Objektive erst voll zur Geltung, wenn auch der Kondensor gute Abbildungseigenschaften hat. Man merkt auch schon beim Köhlern, das einfache Kondensoren Nachteile haben, denn die Leuchtfeldblende wird unscharf und mit Farbsaum abgebildet, man muss sie weiter öffnen um den Farbsaum nicht im Bild zu haben.
Beyer schreibt im Handbuch der Mikroskopie dass für die Farbfotografie der achromatisch-aplanatische Kondensor für gehobene Ansprüche empfohlen wird.
Manches kann man ja in Zeiten der Digitalfotografie etwas lockerer sehen, aber einen guten Kondensor halte ich schon für vorteilhaft.

Ein praktisches Beispiel für einen hoch korrigierten Kondensor ist der Zeiss West n.a. 1,4 Phasenkontrastkondensor. Der macht wegen seiner guten Korrektur auch noch für relativ hohe Aperturen ein unerwartet gutes Dunkelfeld.

Viele Grüße,

Bob

Apochromat

#3
Hallo Hermann,

die Begriffe bei den Typenbezeichnungen der Kondensoren sind teils nur noch historisch, da es einen Teil dieser Varianten heute nicht mehr gibt.

Man unterscheidet:
Abbe- Kondensor (z.B. Klapplinsenkondensor von CZO) - aplanatischer Kondensor (wurde früher von Carl Zeiss JENA u. anderen hergestellt)- achromatischer Kondensor und achromatisch- aplanatischer Kondensor.

Abbe- Kondensor: Bei diesem hat man aus Kostengründen einen einfachen Aufbau gewählt. Heute meist aus einer sphärischen Linse und 1 - 2 Asphären aufgebaut. Die Abbildung der Leuchfeldblende zeigt hier noch deutliche Farbsäume (Blau oder Purpurfarben, je nach Kondensorhöheneinstellung). Einen Abbe- Kondensor kann man auch immergieren (Öl oder Wasser). Daher steht bei ZEISS auch 0.9/1.2 drauf. Dann ist die Schärfenabbildung der Feldblende besser und wegen der geringeren Streulichtmenge der Bildkontrast gut. Meist ist es aber nicht möglich, mit einem Abbe- Kondensor die Feldblende so klein abzubilden, dass man diese noch gut mit dem Objektiv 100x einfangen kann. Die Farbsäume des Leuchtfeldblendenbildes sind aber so breit, dass diese bei Benutzung eines 100er Objektives weit in das abgebildete Objektfeld hineinstrahlen und dem Bild einen entsprechenden Farbstich verleihen. Das stört dann sehr bei farbkritischen Anwendungen, z.B. in der Hämatologie. Dort ist ein achr.- apl. Kondensor vorzuziehen. Wegen ihres einfachen Aufbaus sind die Abbe- Kondensoren jedoch hervorragend für die Polarisationsmikroskopie geeignet.

Aplanatischer Kondensor: Ebenfalls einfach aufgebaut und daher mit sehr guter UV- Transmission. Das war früher für die Durchlichtfluoreszenz- Anregung mit kurzwelligem Licht wichtig. Dieser Typ ist heute praktisch vom Markt verschwunden. Aplanatisch heißt mit Prof. E. Abbe "aberrationsfrei". Gemeint ist vor allem dann die sphärische Aberration (beim Frontlinsendesign der Objektive spielt das eine sehr wichtige Rolle). Bei einem Kondensor, dessen "abzubildende Objekte" ja die Feld- und Aperturblende sind, ist dann die Abbildungsgüte beider Bilder gut. Beim aplanatischen Kondensor im engeren Sinne (also wie die von Carl Zeiss JENA für die MIKROVAL-1- Baureihe konstruierten Kondensoren, z.B. AMPLIVAL) war die Feldblenden- Abbildungsqualität etwas besser als bei den jetzigen Abbe- Kondensoren. Ebenso die Abbildung der Aperturblende. Der aplanatische Kondensor war fast immer ein Trockenkondensor mit der Möglichkeit, in der Fluoreszenz mit Immersion zu arbeiten. Die n.A. betrug meist 0,9/ 1,2 (mit Immersion, z.B. Wasser). Bei CZJ gab es auch eine Ausführung mit der n.A. von 1,4 (MIKROVAL-1- Baureihe).

Achromatischer Kondensor: Heute sind dies bei ZEISS Kondensoren mit etwas niedrigerer Apertur (etwa 0,8), recht guten Ausleuchtungseigenschaften auch bei den niedrigen Objektivvergrößerungen und sehr guter Farbkorrektur des Leuchtfeldblendenbildes. Ein sehr guter Pathologenkondensor.  Bei CZJ gab es auch eine Ausführung mit der n.A. von 1,2 (MIKROVAL-1- Baureihe). Das war ein reiner Hellfeldkondensor für die Hämatologie etc.

Achromatisch- aplanatischer Kondensor (oder auch apl.- achr. genannt): Hier ist die Farbsaumfreiheit der Leuchtfeldblenden- Abbildung maximal. Bei den achr.- apl. Kondensoren handelt es sich um eine ganze Familie von Kondensoren: Es gibt achr.- apl. Trockenkondensoren n.A. 0,9 mit ausklappbarer Frontlinse zur Ausleuchtung großer Dingfelder (weniger aufwändig aufgebaut) und Immersionskondensoren. Die reichen bei ZEISS im Aufbau durchaus schon an ein achromatisches Mikroskopobjektiv heran. Bei Carl Zeiss JENA war das auch der Fall beim JENAVAL und dem völlig unterbewerteten DOCUVAL (jeweils 7-8 Linser). Wer schon einmal durch ein voll ausgestattetes DOCUVAL mit DIK geschaut hat, sieht den Unterschied zum AMPLIVAL. Auch bei CZO waren die H, Ph, DIK- Kondensoren sehr gut farbkorrigiert. Heute ist der achr.- apl. Trockenkondensor 0,9 der Standardkondensor für alle farbkritischen Hellfeldanwendungen, POL, Ph und DIC. Für höchste Auflösung gibt es einen ebenfalls sehr aufwendig gebauten achr. apl. Immersionskondensor 1,4 Oil H, Ph, DIC. Der ist für die Nematoden- und Hefezellmikroskopie im DIC, Pollenanalyse, Diatomeenforschung, Protisten, etc. einzigartig. In Verbindung mit apochromatischen Ph- Objektiven ist die Bildhelligkeit sehr hoch (die Auflösung wird aber dadurch im Phasenkontrast weniger stark verbessert, als mancher denkt, das wäre dann ein eigener Faden ....). Der Vorteil der hohen Kondensorapertur macht sich vor allem im DIC mit hochaperturigen Objektiven bemerkbar. Die Apertur eines solchen Kondensors ohne Immersion beträgt dann jedoch etwa nur 0,85.

Ich finde übrigens, dass auch die Farbkorrektur einiger LEITZ- Kondensoren aus der 400er- Baureihe sehr sehr hoch war. Bei den "Japanern" war man da nicht so drauf "fokussiert".



Hier ein Beispiel aus einer fernen Zeit:



Das JENAVAL- mit seiner bis heute unübertroffenen Feldblendenabbildung. Die Vergleichsbilder wurden mit einem GF- Planapochromat 50x/0,95 0,17/ oo-A gemacht.




Der leicht grüne Bildhintergrund ist tatsächlich vorhanden, es sind ausgefällte Proteine, die sich mit GIEMSA meist grünlich anfärben. Der reinweiße Bildhintergrund ist an einigen wenigen Stellen im Bildhintergrund zu sehen. Solche Nuancen kann man nur mit einem achr. apl. Kondensor und apochromatischen Objektiven abbilden. Achr. apl. Kondensor- Frontoptik 1,3 mit Ölimmersion (8- Linser). Tubuslinse 0,8x. SFZ= 35!




Absolut keine visuell sichtbaren Farbsäume (Farblängsfehler) auch nicht in den etwas extrafokalen Bereichen (grüner Kreis). Die "Schwärzen" sind absolut dunkel, praktisch kein Falschlicht. Achr. apl. Kondensor- Frontoptik 0,9
(7- Linser). Tubuslinse 0,8x. SFZ= 35!


Die -bis auf einen vor der Bildaufnahme gemachten Weißabgleich- unbearbeiteten Mikroaufnahmen (ungeschärft, ungeputzt etc.) habe ich erst kürzlich gemacht. Für einen Vortrag über die 250- CF- Optik zu ihrem 40- jährigen Jubiläum (März 1982). Sie stammen also nicht aus altem Bildmaterial aus DDR- Zeiten.

LG
Michael

PS: Ich reiche mal nächste Woche Bilder der Leuchtfeldblende am JENAVAL aufgenommen mit dem JENA 250-CF Objektiv Apochromat 12,5x nach. So ein Ergebnis an Schärfe und Kontrast der Feldblendenabbildung gibt es so heute kaum noch .....

PS: Früher wurden die Abbe- Kondensoren meist auch in der Klasse "aplanatisch" geführt. Die hatten dann eine einfache Klapplinse und eine Apertur von 0,9 oder auch manchmal ~ 1,3. Den Begriff "Abbe- Kondensor" hat, so glaube ich, die Fa. SPENCER/ AMERICAN OPTICAL "AO" (Buffalo, USA) als erstes verwendet. Heute werden damit bei allen Herstellern die am einfachsten korrigierten Kondensoren bezeichnet. Zu Ehren des großen Mannes, der diesen einfachen Kondensor 1869 in Jena erfand.




micropol

Hallo Michael !

Super erklärt,vielen Dank !!!

Grüße Hermann (ein r in der Mitte)

PS: Ich kann mir denken warum rr. Leider nicht mehr unter uns.

Bob

Hallo Michael,
danke für den sehr interessanten Beitrag!
Wie würdest Du die Auswirkung der Kondensortypen auf die Detailauflösung bei präparieren Diatomeen beschreiben?
Gibt es eine unterschiedliche praktische Nutzbarkeit der numerischen Apertur des Konensors?

Viele Grüße,

Bob

Apochromat

Hallo Hermann,
ich wollte Deinen Namen nicht falsch schreiben. Habe es oben verbessert.

LG
Michael

Apochromat

#7
Hallo Bob,

ich bin ja kein Diatomeenkundler. Aber wenn man Kieselalgenschalen mit sehr feinen Strukturen hat und im Hellfeld, schiefer Beleuchtung oder DIC arbeitet, braucht man zur Detektierbarkeit feinster Strukturen eine maximale Beleuchtungsapertur.

Das zeigt das bekannte Diatomeen- Nomogramm (Netzdiagramm/ Netztafel) von Bingley und Firth:



In die Folie konnte ich nicht das Wort "Illumination N.A." reinquetschen, deshalb ist da nur von der Objektivapertur die Rede. Aber um bei einer Objektivapertur von >/= 1,0 diese voll auszunutzen, muss auch die Beleuchtungsapertur gleich hoch sein.

Gute Nacht
Michael


Bob

Hallo Michael,
das Diagramm finde ich sehr anschaulich da es sowohl die Auswirkung von Lichtfarbe als auch der Apertur zeigt.
Was ich mich noch frage ist, welche Auswirkung der Korrekturgrad des Kondensors auf die Auflösung der farblosen Diatomeen hat. Also gleiche Apertur aber Abbe-Kondensor vs. achromatisch-aplanatischer Kondensor. Kannst Du da etwas zu sagen?

Viele Grüße,

Bob

Apochromat

#9
Hallo Bob,

Du hast doch bestimmt einen einfachen Klappkondensor für dein ZEISS- Mikroskop. Dann kannst Du ja mal Vergleiche machen.
Wenn man mit monochromatischem Licht und mit mittleren Objektivvergrößerungen und Objektivaperturen unter 1,0 arbeitet, dürfte es schwer sein, da Unterschiede im Bild visuell zu sehen. Aber bei den hohen Objektivvergrößerungen mit hohen Aperturen und im Weißlicht gibt es kleine Unterschiede im Kontrast. Der wirkt sich dann bei der Begutachtung feinster Struktur etwas auf die Detektierbarkeit aus (auch aufgelöste Strukturen können dann weniger leicht zu sehen sein, ohne dass sich die Auflösung verschlechtert hat). Und: Ein immergierter Kondensor erzeugt immer weniger Falschlicht.
Dann kommt es auch darauf an, ob DIK, Ph, welche Objektivkorrektur etc. Im Phasenkontrast sieht man Streulicht deutlicher, als im Hellfeld, zum Beispiel. Sphärische Aberration wirkt sich dann auch deutlicher sichtbar aus.
Um so etwas zu beurteilen, hat man früher eine Suspension von Quecksilbertröpfchen in Wasser verwendet. Man kann auch ein Eisenhämatoxylin- gefärbtes Präparat nehmen.

Aber das musst Du an Deinen Diatomeen- Präparaten selbst ausprobieren.

LG
Michael

Lupus

#10
Hallo,

noch zur Ergänzung zu den Erläuterungen von Michael:

Der Effekt der durch die Abbildungsfehler einfacherer Kondensoren entsteht, lässt sich leicht theoretisch durch optische Berechnungen nachvollziehen. Es handelt sich um zwei Fehler: Der stärkere Farbfehler eines nicht apochromatischen Kondensors und die sonstigen geometrischen Abbildungsfehler wie z.B. sphärische Aberration. Signifikant wirken sich beide Fehler eigentlich nur bei höchster NA des Kondensors aus bei gleichzeitig hoher Objektivvergrößerung, wie man ja am Bild der Leuchtfeldblende bei einem 100x Objektiv gut erkennen kann. Wenn es nur den Farbfehler geben würde, wäre der Effekt auf den farbigen Rand der Leuchtfeldblende beschränkt und man könnte einfach durch ausreichendes Öffnen der Blende das Bildfeld farblich homogen ausleuchten. Natürlich würde dadurch der Kontrast (und damit verbunden auch die Auflösung) etwas verringert sofern das Objektiv oder das Beleuchtungsverfahren kritisch bezüglich Streulicht ist.
Durch die gleichzeitige sphärische Aberration (und verwandter Bildfehler) einfacherer Abbe-Kondensoren entsteht aber das Problem, dass bei Fokussierung z.B. des Kondensors auf die grüne Wellenlänge in der Objektebene, die "Unschärfekreise" der benachbarten blauen und roten Wellenlängen nicht mehr innerhalb des beobachtbaren Bildkreises vollständig zusammenfallen und somit ein geringer Farbstich entstehen kann, auch wenn die Leuchtfeldblende vollständig geöffnet ist. Der "verzerrte" unsymmetrische Strahlengang der verschiedenen Wellenlängen ist in der Grafik rechts unten angedeutet, dabei ist in dem Rechenbeispiel das ausgeleuchtete Bildfeld 5x so groß wie für ein 100x-Objektiv erforderlich wäre. Der Farbeffekt dürfte aber m.E. auch nur in Verbindung mit apochromatischen Objektiven relevant sein weil der Farbsaum eines Achromaten wohl eher dominiert. Bei farblich eher neutralen Phasenobjekten wie Diatomeen können unabhängig von den beschriebenen Farbfehlern, je nach Kontrastverfahren, auch durch Interferenzen der verschiedenen Wellenlängen unvermeidlich Farbsäume entstehen. Nicht alles wird durch Optikfehler verursacht.

Hubert

Bob

Hallo Hubert,
einen Farbstich kann man ja heutzutage leicht beseitigen. Was würdest Du sagen: Bekommt man mit den höher korrigierten Kondensor gleicher Apertur mehr Details zu sehen?
Ich habe zwar ein paar Kondensoren, aber kein Paar mit gleicher Apertur um das mal praktisch zu vergleichen.

Viele Grüße,

Bob

Lupus

#12
Hallo Bob,

das ist fast eine akademische Frage. Wir reden ja nur von sehr kleinen Effekten, die zusätzlich zur Qualität des Objektives einen Einfluss haben können. Es ist die Summe aller Einflüsse die den Bildkontrast und dadurch indirekt die Auflösung bestimmen. Ich glaube aber weniger an eine bessere Auflösung bei Diatomeen, jedenfalls solange nicht alle anderen Parameter optimal sind wie z.B. die Verwendung guter apochromatischer Objektive. Ich habe schon einige Tests gemacht um das Streulicht ohne Leuchtfeldblende zu ermitteln. Die Kontrastminderung lässt sich mit richtigen Testobjekten leicht fotografisch nachweisen, die Auflösung war bei meinen Versuchen aber nicht schlechter weil der geringe Kontrastverlust durch Nachbearbeitung kompensierbar war. Das kann bei streulichtempfindlicheren Objektiven oder Kontrastverfahren aber anders aussehen, da habe ich bisher keine praktische Erfahrung. Dann dürfte man m.E. auch keine (insbesondere kaltweiße) LED Beleuchtung verwenden, denn deren spektrale Verteilung ist in Verbindung mit Farbkameras mit Bayer-Sensor auch nicht optimal.
Ein Farbstich ist nicht immer korrigierbar wenn das Absorptionsspektrum des Objektes oder das Spektrum der Beleuchtung nicht halbwegs stetig verlaufen.

Hubert

Dünnschliffbohrer

Hallo in die Runde!
wenn es denn nur um die Aulösung von (toten) Diatomeen geht, würde dann nicht ein strenger Grünfilter reichen, bzw. viel billiger sein? Die gekochten oder geglühten Diatomeen sind ja ohnehin nur noch schwarz/weiss.
"Und Gott sprach: Es ist nicht gut, daß der Mensch allein sei; und er schuf um ihn Laubmoose und Lebermoose und Flechten und ein Mikroskop!"
[aus: Kleeberg, Bernhard (2005): Theophysis, Ernst Haeckels Philosophie des Naturganzen,  S. 90]

Apochromat

#14
Zitat von: Dünnschliffbohrer in Februar 09, 2023, 12:53:14 NACHMITTAGS
Hallo in die Runde!
wenn es denn nur um die Aulösung von (toten) Diatomeen geht, würde dann nicht ein strenger Grünfilter reichen, bzw. viel billiger sein? Die gekochten oder geglühten Diatomeen sind ja ohnehin nur noch schwarz/weiss.

Hallo Namenloser w/m/d,

Ein strenges Grünfilter steigert den Kantenkontrast der abgebildeten Strukturen, wenn man achromatisch oder semi- apochromatisch farbkorrigierte Objektive verwendet. Es unterdrückt die Farbsäume weitgehend. Die Auflösung wird dadurch nicht gesteigert (gegenüber Weißlichtbeobachtung), aber die Erkennbarkeit feinster, unbunter Details. Zur Auflösungssteigerung muß man mit kürzerwelligem Licht beleuchten. Dazu gab es bei CARL ZEISS, Oberkochen ein türkisfarbenes Blaufilter für die Diatomeenforschung. Auch die Pollenkundler liebten es sehr.

LG
Michael