Auflösung am Stemi erhöhen mit Mikroskopobjektiv

[Nochnmikroskop]

Hallo,

durch die Vorstellung vom Wild M3C Kombistereo https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=24918.0 frage ich mich, ob es nicht grundsätzlich möglich ist ein Stereomikroskop mittels eines Mikroskopobjektivs hinsichtlich Auflösungsvermögen zu optimieren.
Mein neues Olympus SZX16 habe ich hierzu mal mit den Mitutoyos 10x/0,28, sowie 20x/0,42 provisorisch ausprobiert. Ein Vergleich zum Planapo 1,6x von Olympus habe ich auch dargestellt.

Für die Adaption der Mitutoyo Mikroskopobjektive musste ich auf alte Technik mit Helikoid Objektivadapter zurückgreifen. Eine direkte Verbindung an das Olympus Stemi war ohne spezielle Adapter nicht möglich. Die Scharfstellung erfolgte also ausschließlich mit dem Helikoid-Adapter unterhalb des Lichteintritts des Stemis.

Die Bilder zeigen das Auflösungsvermögen anhand des Zeiss Auflösungstestobjektes bei einer seitlichen Beleuchtung durch eine Ikea-Leuchte. Die Fotos wurden mit einer Toupcam mit 1Zoll Diagonale und 20 Mpix in BMP aufgenommenund bearbeitet.

Zusammenfassung:
1. Das originale Olympus Planapo 1,6x Objektiv weist eine max. Auflösung von 710-800 LP/mm bei max. Vergrößerung auf, Arbeitsabstand 30 mm bei Objektiv-Durchmesser von 68 mm.
2. Das Mitutoyo 10x/0,28 weist eine max. Auflösung am Stemi von 800 LP/mm auf, wobei der Arbeitsabstand ca. 33 mm beträgt bei Objektiv-Durchmesser von 34 mm.
3. Das Mitutoyo 20x/0,42 weist eine max. Auflösung am Stemi von 1250 LP/mm auf, wobei der Arbeitsabstand ca. 20 mm beträgt bei einem Objektiv-Durchmesser von 34 mm.

Fazit: auch bei hochwertigen Stereomikroskopen kann die Auflösung noch deutlich gesteigert werden. Wobei sich die max. Auflösung (20x Objektiv) bereits bei ca. 5 facher Vergrößerung einstellt.
Die deutlich kleineren Durchmesser von den o.g. Mitutoyo-Planapoobjektiven sind gegenüber den großen Olympus Objektiven beim Manipulieren von Proben in hoher Vergrößerung vorteilhaft.
Nachteilig wirkt sich die geringere Lichtausbeute aus, was zu verlängerten Belichtungszeiten führt. Hier kann aber mit ausreichend Licht gegengesteuert werden.

Um den vollen Nutzen der Mikroskop-Objektive nutzen zu können, wird im Falle des Olympus SZX16 ein Adapter benötigt, der in das M65 mm Gewinde des Stemi eingebracht werden muss.
Gegenüber einem normalen Lichtmikroskop hat die Zoomfunktion des Stemi einige Vorteile. Man kann, insbesondere bei höheren Proben, schneller einen Überblick bekommen (bei 0,7 facher Vergrößerung). Durch die großen Arbeitsabstände sind gut unterschiedliche Lichtwege offen.

LG Frank

[Nochnmikroskop]

Hallo Lothar,
es ist eigentlich immer gleich, entweder man hat den schönen 3D Eindruck eines Grennough-Stereomikroskopes, oder man hat mehr Auflösung, dafür guckt man senkrecht auf das Objekt.
Wenn ich besonders viele Details erkennen möchte, so im µm Bereich, dann kann man das kaum in echtem 3D, also so wie Du es gerne hättest, darstellen. Zumindest nicht mit Lichtmikroskopie. Das geht wohl nur mit anderer Technik, dann aber auch mWn. nur mit Stacken.

Ein Experiment, welches ich selber noch durchführen möchte wäre, eine Art definierter Wippe unter den Objektträger zu legen, oder den Objekttisch, oder die Achse des Mikroskopes zu bewegen. Dann von oben drauf schauen und die "Wippe" betätigen. Dann würde man das Objekt mal etwas von links, mal etwas von rechts bzw. von vorne oder hinten sehen.
Solche "Wackelbilder" kann man auch durch normales Stacken erhalten, z.B. mit der Software Picolay, das ist sehr aufschlussreich. Aber bei sehr kleinen Dimensionen, besonders unter Glas bei Dauerpräparaten bin ich nicht sicher ob es funktionieren kann.

Vielleicht machst Du für Dein Vorhaben mal ein neues Thema auf.

LG Frank

[Jürgen Boschert]

Hallo zusammen,

um "echte" Stereoskopie auch bei hohen Vergrößerungen zu erzielen gibt es schon sehr lange entsprechende Techniken. Schon Abbe hat dafür zwei Methoden beschrieben: Einmal mit Kreisblenden-Paaren, die in die Ebene der Kondensor-Aperturblende gebracht werden; an den Okularen benötigt man dann entsprechende Blenden, die jeweils eine Pupillenhälfte abdecken. So erhalten die Augen getrennte Bilder in einem etwas anderen Blickwinkel. Die zweite Methode, die ebenfalls bereits Abbe beschrieben und auch umgesetzt hatte, erfolgt polarisationsoptisch. In die Blendenebene des Kondensors kommt ein Polarisationsfilter, dessen beide Hälften polarisationsoptisch senkrecht zueinander ausgerichtet sind; in oder auf die Okulare kommen dann Pol-Filter, die eben senkrecht zu jeweils einer der beiden Kondensorblendenhälften eingestellt werden müssen. In jüngerer Zeit hat dann noch Zeiss für die Axio-Linie ein System gehabt, bei dem in die Blendenebene ein elektrisch (Flüssigkristall) steuerbarer Filter gebracht wurde, bei dem in höherer Frequenz die linke oder rechte Hälfte abgedunkelt wurde; dazu wurde synchron jeweils ein Okular abgedunkelt.
Daneben gibt es noch das Prinzip der Pupillenteilung; dabei wird mit Prismen optisch das Strahlenbündel in linke und rechte Hälfte für jeweils ein Auge geteilt. Dieses Prinzip hatte Zeiss schon in den 60ern serienmäßig für die Mitbeobachtertuben von OP-Mikroskopen umgesetzt. M.W. hat PZO ein auf diesem Prinzip beruhendes System für die normalen Lichtmikroskope angeboten.

[3D Alfons]

Hallo 3d Fans,
Ich freue mich auf Mitglieder zu treffen die auch in diese Richtung gehen.
Dafür ist ein Komplettumbau mit besagter Prismengruppe nötig.
Hänge noch einmal ein Bild vom meinem Stereomikroskop Umbau an.
Sobald sich die Objekte bewegen ist es nunmal mit den Bildstapeln vorbei 
Versuche mal 3d Bilder für Mangenta Cyan Brille Forumsgercht zu verkleinern und zu posten 
Um beim MBS 10 nur einen Strahlengang mit CZJ Objektiven nutzen zu können habe ich mal ein Drehteil gemacht.
Exzentrisch M 25 Gewinde, das war schwierig.
GRÜßE ALFONS

[Nochnmikroskop]

Hallo an alle 3D Fans

sollte nicht vielleicht dafür ein neuer Faden eröffnet werden?

Hmmm.

LG Frank

[TStein]

Hallo Frank, hallo in die Runde,

ich hab ein bisschen ein Verständnisproblem. Ich denke dein ziemlich hochwertiges SZX16 ist ein CMO-Stereomikroskop. Hier geht der beidäugige parallele Beobachtungsstrahlengang durch ein gemeinsames Hauptobjektiv, siehe hier: https://blog.microscopeworld.com/2011/10/stereo-microscopes-greenough-vs-common.html Ist also erstmal kein normales Greenough-Design mit zwei getrennten schrägen Strahlengängen. Der Stereoeindruck ist beim CMO zwar nicht so stark ausgeprägt, wie beim Greenough, es ist aber trotzdem ein klassischer 3D-Effekt, da beide Augen etwas seitlich durch das große Hauptobjektiv schauen und das Objekt leicht seitlich sehen. Das Hauptobjektiv muss aber dazu einen ziemlich großen Durchmesser aufweisen, damit beide Strahlengänge durchpassen, was wohl mit deinen Mitutoyos nichts werden wird. Die sind zwar bestimmt ziemlich hochauflösend, wenn man sich einen Strahlengang aussucht und das Objektiv davorpappt, aber 3D ist das dann leider nicht mehr. Aber bei hohen Vergößerungen ist im allgemeinen der 3D-Effekt nicht sonderlich stark ausgeprägt, also wahrscheinlich auch leicht zu verschmerzen.

Vg Tino

[Jürgen Boschert]

Hallo 3-D-Begeisterte,

die Stereomikroskopie mit konventionellen Stereomikroskopen hat auch Platzgründen ein Ende ab Vergrößerungen um 100 (+/-): Aufgrund der geringen Arbeitsabstände müssen sich Frontlinsen immer näher kommen; deshalb müssen sie vom Durchmesser her immer kleiner werden, je höher die angestrebte Vergrößerung sein soll, was letztlich eine zunehmende Beschränkung der Apertur bedeutet. Irgendwann müsste die Frontelement sich schließlich überlappen, was dann unsinnig ist. Bei höheren Vergrößerungen muss man daher auf das Grundprinzip der Pupillenteilung zurückgreifen, wie ich das oben schon erwähnt habe.

[Nochnmikroskop]

Hallo Tino,

im Prinzip ist eine gewisse 3D-Sicht auch beim CMO-System vorhanden, genau wie Du schreibst. Aber hier ging es ja um die max. Auflösung, bzw. die Erhöhung der Auflösung durch ein Mikroskopobjektiv. Und beim SZX16 wird der senkrechte Strahlengang unter einen Kanal eingestellt beim Fotographieren, d.h. die Achse des untersten Objetivs (Planapo) wird um ca. 15° seitlich verschoben.
So auch beim untergestellten Mikroskopobjektiv.

Anlagen:
Gegenüberstellung Grennough - CMO lt. Prospekt Olympus
Darstellung der Achsenverschiebung lt. Prospekt Plympus

Hallo Jürgen,
ist wirklich die Vergrößerung der begrenzende Faktor? Wenn die Vergrößerung erst am Ende, also am Okular bereitgestellt wird und zuvor durch hohe num. Apertur der Objektive ausreichende Details zur Nachvergrößerung zur Verfügung stehen, wäre dann nicht auch der 3D Effekt sagen wir mal einigermaßen erkennbar? Die Objektivdurchmesser bei den Planapos sind oben ca. 60 mm, unten dann natürlich geringer. Olympus spricht von weit über 100x Vergrößerung. 

LG Frank

PS: das 3D Thema scheint mehr Interesse zu fördern, als die Auflösung eines Mikroskops -> macht doch bitte mal jemand ein neues Thema auf.

[jcs]

Ein Stereomikroskop hat einige optische Randbedingungen zu erfüllen, die sich teilweise leider widersprechen:
(1) Es muss ausreichend Platz im optischen System sein, um zwei zueinander geneigte Strahlengänge zuzulassen
(2) Der Arbeitsabstand zum Objekt soll möglichst groß sein
(3) Die Tiefenschärfe muss ausreichend sein, um den 3D-Eindruck wirklich nutzen zu können
(4) Die Auflösung soll möglichst hoch sein.

(2) und (3) profitieren von einer niedrigen numerischen Apertur, (4) benötigt eine hohe numerische Apertur und (1) ruft nach einem großen Objektivdurchmesser.

Bei den besseren Stereomikroskopen haben die Objektive deshalb eine ziemliche Größe erreicht, wie man im ersten Bild unten sieht. Der Vergleich zeigt ein Leica HC PL Fluotar 10x für ein Durchlichtmikroskop im Vergleich zu einem Zeiss Planapo 1x für ein Zeiss Discovery.

Mit diesen Abmessungen der Optik kann man dann allerdings Bilder im Stereomikroskop machen, die durchaus auf dem Niveau eines Durchlichtmikroskops sind, wie man im zweiten Bild (Gesamtvergrößerung 100x) sieht. Hier habe ich den rechten Strahlengang (Zeiss Discovery 12, 10x Zoom, 1.0x Planapo Objektiv) im Stereomodus auf die Kamera geleitet und mit der entsprechenden Aufnahme im Durchlichtmikroskop (Leica DM 2000 mit HC PL Fluotar 10x Objektiv) verglichen. Die Qualität ist annähernd identisch.

LG
Jürgen

[Jürgen Boschert]

Hallo Lothar,

sorry, aber Dein Vergleich hinkt hier etwas: Mutter Natur hat uns ja nicht als wandelnde Vergrößerungsapparate gebaut; wäre ja auch etwas unpraktisch, mit dem Seheindruck eines 100er Objektives durch die Gegend tapsen zu müssen.
Der Herr Greenough hat das Prinzip, das er dem Abbe in einem Wirtshaus aufgezeichnet hat, natürlich durchaus der Natur abgeschaut; nur das System kann ja schon aus rein mechanisch-platzbedingt nur bis zu einer gewissen Vergrößerung funktionieren; das habe ich in meinem anderen Post versucht zu erklären.
Mit den Stemis nach dem Teleskop-Prinzip (im englischsprachigen Raum als CMO-Typ von common main objective bezeichnet) -übrigens eine Erfindung Abbes'- kann man das tatsächlich erweitern und hier helfen die modernen Objektivberechnungsmöglichkeiten natürlich außerordentlich; daher ist das ,was der Jürgen (jcs) vorher beschrieben hat sehr wohl möglich.

[Jürgen Boschert]

Hallo Frank,

natürlich ist das bei den Stemis immer ein Kampf um Stärke des 3-D-Eindrucks, Vergrößerung und Auflösung. Nur hat Lothar in seinem vorangegangenen Post einen Weg beschrieben -zwei Objektive hoher Vergrößerung in einem Winkel auf ein Objekt ausrichten, also das klassische Greenough-Prinzip-, der vor allem bei hohen Vergrößerungen rasch an seine mechanisch-geometrische Grenze kommt, das CMO-Prinzip führt da noch ein Stück weiter.

[Lupus]

Hallo,

man sollte in der Diskussion zwischen Auflösung und Stereoeffekt klar unterscheiden. Der normale Standard sowohl für Greenough- als auch Abbe-Stereomikroskope ist, dass der Konvergenzwinkel der beiden optischen Achsen etwa dem Konvergenzwinkel der Augen entspricht, wenn bei der "Normalentfernung" 250 mm ein Objekt beobachtet wird. Dann entsteht auch ein natürlicher Stereoeindruck. Die Konsequenz ist, dass die NA der Objektive aus geometrischen Gründen begrenzt ist und folglich auch die maximale Auflösung von grob 100x, wenn man nicht zu sehr in die leere Vergrößerung gehen will.

Aber man kann durch Vorsatzlinsen die Brennweite verkürzen, also die NA im gleichen Maß erhöhen und damit Vergrößerungen um die 200x erreichen. Bei modernen Abbe-Stereomikroskopen wie z.B. dem Olympus SZX16 lässt sich alternativ zu Vorsatzlinsen das ganze Objektiv austauschen. Das geht weil der Strahlenverlauf wie bei Unendlich-Mikroskopen an der Objektiv-Ansatzstelle ein paralleles Bündel darstellt. Der Stereo-Konvergenzwinkel ist natürlich jetzt höher als der "natürliche" Konvergenzwinkel der Augen. Auf diese Weise entsteht ein fließender Übergang zwischen dem normalen Mikroskop und dem Abbe-Stereomikroskop (das ja auch nur ein Objektiv besitzt). Ein normales Mikroskop, das man durch halbseitiges Abblenden der Austrittspupillen zum Stereomikroskop macht, ist nichts anderes als ein Abbe-Stereomikroskop mit sehr hoher NA. Und folglich lassen sich auch sehr hohe Vergrößerungen erreichen.

Der visuelle Stereoeffekt ist eine ganz andere Frage. Denn dazu benötigt man ausreichend Schärfentiefe im Verhältnis zur Bildbreite. Und die ist ab etwa 200x Vergrößerung so gering, dass das Bild schlichtweg flach bleibt. Durch Fotografie in Verbindung mit Stacken lässt sich aber eine künstliche Tiefenschärfe erreichen, die wieder echte Stereobilder ermöglicht. Wenn man nicht gleich mit Hilfe des Stackingprogramms Stereobilder erzeugt. Nur sind diese bei ungünstiger Objektstruktur (teilweise Verdeckung des Hintergrundes durch Vordergrundstrukturen) keine vollständigen Stereobilder mehr. Denn was man aus einem einzigen Beobachtungsstandpunkt aus nicht sehen kann, kann man auch nicht durch Software nachträglich ausrechnen.

Hubert

[Stuessi]

Hallo,

im 1. Beitrag erwähnt Frank das Wild M3C-Kombistereo.
Hier einige Bilder zu diesem Mikroskop.

Einstellung als M3z zur Beobachtung bei bis zur 40-facher Vergrößerung.


Einstellung als M3z Kombistereo zur Beobachtung mit einem Leitz Summar 25mm/2,8  (bis zu 160-fache Vergrößerung).
Dazu wird das Mikroskop etwas bis zu einem Anschlag gedreht und der Schlitten eingeschoben.
Die beobachtete Stelle bleibt etwa in der Mitte und die Schärfe wird evtl. am Objektivadapter nachgeregelt.



Einstellung als M3z Kombistereo zur Beobachtung mit einem Olympus MSPlan 50x/0.55  (bis zu 700-fache Vergrößerung).


Bild zur Abschätzung der Maße:


Die folgenden unbeschnittenen Bilder wurden mit einer Sony A600 gemacht. Sie vermitteln in etwa den Eindruck, den ich beim Sehen durch 10x Okulare habe.
Das Kombistereo ist übrigens so konstruiert, dass ich immer mit beiden Augen beobachten kann!
Ich habe damit also ein binokulares Makroskop mit Wechseloptik.

Auflösung des Stereomikroskops ca. 200 Lp/mm


Auflösung mit 25mm Objektiv bis 400 bis 500 Lp/mm


Auflösung mit Olympus Objektiv:  1300 bis 1500 Lp/mm


Olympus Objektiv -am Stemi 20x eingestellt-


Viele Grüße,
Rolf

[Stuessi]

Hallo, 

hier zwei Ausschnitte der oben gezeigten Bilder.
Dies sehe ich etwa beim Blick durch 20-fach Okulare.

1. Stereomikroskop, 40x Einstellung


2. Stereomikroskop mit 40x Einstellung und mit Leitz Summar 25mm/2,8



Die Auflösung in Linienpaaren/mm erhalte ich, wenn ich 500 Lp/mm durch die Zahl bei den Mustern teile, z. B. "2" bedeutet 250 Lp/mm.

Viele Grüße,
Rolf

[Nochnmikroskop]

Hallo Rolf,

danke, dass Du Dich zum Thema eingebracht hast. Sehr interessant, dass Dein Stereomikroskop so einen Schieber hat, kannte ich noch nicht.
Die erzielten Auflösungen sind ja genial, es scheint also, dass die nachfolgende Optik (Vergrößerungswechsler und Prismen, sowie Okulare) nicht das schwächste, sondern umgekehrt das stärkere an dem Stemi ist. Und Du kannst das dann mit dem vorgeschalteten Mikroskopobjektiv nach Belieben herauskitzeln.
Das dabei eine so hohe Auflösung herauskommt hätte ich nie gedacht.

Dieser Adapter könnte ggf. noch etwas kürzer ausfallen, oder? Dann wäre das Bild bei geringerer Vergrößerung nicht so weit abgeschattet. Ich meine auch beim 20x schon die hohe Auflösung erkennen zu können. Das war bei meinem Olympus auch der Fall. Mit zunehmender Vergrößerung wurden nicht mehr Details gezeigt.

Danke fürs Zeigen!

LG Frank