Suche nach günstiger Stackmöglichkeit unter 1µm - erfolgreich?

[Nochnmikroskop]

Hallo liebe Stackergemeinde,

inspiriert von diversen Beiträgen bezüglich geringer Stackschrittweite 
Büchse der Pandora: Stack in tausendstel Millimeter Schritten (mikroskopie-forum.de)
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=18788.0
Stackingtisch für hohe Vergrößerungen (mikroskopie-bonn.de)
https://mikroskopie-bonn.de/bibliothek/mikroskopische_technik/194.html

habe auch ich einen kurzen Versuch unternommen.

Meine Anforderungen waren erst einmal:
-   Schrittweite deutlich unter 1µm
-   Mindestens 30µm Bewegung
-   Möglichst linerare Bewegung
-   Geringe Bauhöhe, möglichst gering aufbauend auf Mikroskop-Tisch

Als alter Tischler ist mir die Quellung von Holz dazu eingefallen.

Idee:
-   Dünnes Holzfurnier verwenden (im Test Buchenfurnier 0,7 mm Dicke)
-   Das Furnier muss bei Zimmerklima getrocknet sein (ca. 6-8% Holzausgleichsfeuchte)
-   Das Furnier wird beidseitig am Objektträger unterlegt
-   Die Benetzung mit Wasser erfolgt nur einseitig (einfacher handzuhaben)

Test:
-   Auf einem Metallhubtisch wurde ein Objektträger aufgelegt.
-   eine digitale Messuhr (Auflösung 0,5µm) tastet die Mitte des Objektträgers hinsichtlich Höhenänderung ab
-   Unter den Objektträger wird beidseitig eine dünne Klarsichtfolie (ca. 50µm) bis ca. 20 mm vom Ende in der Weise unterlegt, dass quasi eine kleine Tasche entsteht. Hinweis dazu: durch die Befeuchtung des Furniers wird das Wasser durch Kapillarkräfte weiter transportiert und könnte den Objektträger kontaminieren.
-   In die Tasche der Klarsichtfolie wird ein kurzer Abschnitt des getrockneten Buchenfurniers 20 mm geschoben, ein kleiner Teil des Furniers ragt heraus.
-   Auf den Furnierüberstand wird mittels Pipette entspanntes Wasser aufgetragen. Hinweis: hier wäre eine Tropfflasche sinnvoller, welche in regelmäßigen Abständen einen Tropfen mittig auftropft.

Ergebnis:
Das Furnier wurde beim ersten Test nur einmal in der gesamten überstehenden Breite mit entspanntem Wasser benetzt.
1.   In 30 s quoll das Furnier um 0,007 mm (7µm) in der Z-Achse auf
2.   Die gesamte Dickenänderung lag bei 0,030 mm
3.   Das Furnier wurde nicht komplett feucht, die Flüssigkeit lief an einer Kante entlang zur abgedeckten Kante unter dem Objektträger.

Weitere Optimierungsmöglichkeiten:
-   Verwendung von Hirnholzfurnier (Hirnholz quillt weniger stark)
-   Verwendung von mehreren Lagen Furnier, oder dickerem, oder dünnerem Furnier. Damit kann man die gewünschte Maximalquellung justieren.
-   Tropfflasche mit einstellbarer Tropfzeit verwenden
-   Andere Flüssigkeit verwenden
-   Andere Holzart verwenden
-   Das Furnier nur stirnseitig benetzen (über Schwamm der vorher nass gemacht wurde).

Informationen zum Buchenfurnier:
differentielle Schwindmaße in % Längenänderung pro % Holzfeuchteänderung
Quellung tangential:      0,38 bis 0,45  %/% im Mittel 0,41 %/% (Niemz)
Quellung radial:      0,19 bis 0,22  %/% im Mittel 0,21 %/% (Niemz)
Quellung longitudinal:      0,013 %/%
Siehe
https://www.holzvomfach.de/fachwissen-holz/holz-abc/buche/ und
P. Niemz ,,Holz und Holzwerkstoffe" 2010

Maximales Quellmaß von Fasersättigung (ca. 28% bis 32% Holzfeuchte) zu Darrtrocken (0% Holzfeuchte) bei Buche:
   Tangential   13,4%         
   Radial      6,2 %         
   Longitudinal   0,2 % bis 0,6% (Mittel 0,4%)
Die Quellung verläuft fast linear
Aus P. Niemz ,,Holz und Holzwerkstoffe" 2010

Berechnungen:
Maximal erwartbare Quellung von Buche zwischen 6 % und 30% Holzfeuchtigkeit (Delta 24%)
   1x Furnierdicke 0,7 mm:   
Tangential:      0,075 mm (75 µm)
Radial:         0,035 mm (35 µm)
Longitudinal:      0,0025 mm (2,5µm)

Die gesamte Dickenänderung im Test lag bei 0,030 mm, durch die einseitige Anhebung des Objektträgers entspricht die Schrägstellung dann ca. 0,03°. (76 mm Objektträger, 20 mm eingeschobenes Furnier)

Kann man das für z.B. Videostacking bei hohen Vergrößerungen und hohen NAs gebrauchen?

LG Frank

[Horst Wörmann]

Hallo Frank,

Radio Eriwan: im Prinzip ja, aber...
Dir ist klar, daß das weder reproduzierbar noch linear ist?
Was Du brauchst, ist ein PIFOC von Physik Instrumente und einen großzügigen Spender. Einen sehr großzügigen... Deshalb ja mein Selbstbau damals mit dem Laserinterferometer.


Viele Grüße
Horst

[Aljoscha]

Hallo,

Stackschrittweiten unter 1 μm erreicht man problemlos, indem man einen Schrittmotor, wie er bei den typischen Stacking-Rails für die Makrofotografie benutzt wird, an den Feintrieb eines Mikroskops koppelt.

Da sind dann auch Reproduzierbarkeit und Linearität kein Problem.

Viele Grüße

Alexander

[Horst Wörmann]

Hallo Alexander,

Radio Eriwan: im Prinzip ja, aber...
Schon mal nachgemessen? Da sind immer Ungenauigkeiten im Getriebe. Meine Axios (aus den 90ern) haben ein Kugelreibgetriebe, dessen Schlupf ist nicht zu vernachlässigen. Aber wie pingelig wollen wir sein?

Viele Grüße
Horst

[Bob]

Hallo Frank,
hier hatte mal jemand einen Stackingvorschub über die thermische Längenausdehnung eines Metallzylinders bei Erwärmng realisiert. Das wäre kontrollierbarer als die Ausdehnung von Holz.

Viele Grüße,

Bob

[Nochnmikroskop]

Hallo zusammen,

#Horst: kommt es auf die Linearität wirklich an? Muss das jeweils wirklich reproduzierbar sein?
Zur Linearität habe ich eben noch einen weiteren Versuch unternommen, s.u.

# Alexander: prinzipiell hast Du recht, aber es ist ja auch oft ein Schlupf im System, den man erst beim Zusammenrechnen der Bilder bemerkt, wenn es schon zu spät ist.
Insofern gebe ich da auch Horsts Einwand Recht.
Man macht ja normalerweise deshalb auch einige Bilder mehr pro Verstellung des Rails. Das sind dann später ggf. unnötig viele zu löschende Dateien, das Durchsuchen ist auch mühsam.

# Bob: Ja das wäre bei normalen Stacking-Rails sicher gut möglich. Aber ist beim Lichtmikroskop nicht idealerweise eine thermisch gleichbleibendes Umfeld sinnvoll? Natürlich kann man die thermische Ausdehnung gut berechnen. Aber auch da muss man ja Vorversuche unternehmen. Sinnvoll wäre eigentlich erst die gleichmäßige Durchwärmung vorzunehmen und dann bei Abkühlung zu stacken.

Ein weiterer Versuch sollte die Linearität der Quellung und die maximal mögliche Bewegung des Objektträgers darstellen.

Gleicher Aufbau wie oben beschrieben, nur dass ich den gesamten Prozess nun durchgängig gefilmt und ausgewertet habe.
Ergebnisse:
1.   Die Linearität ist nicht gegeben.
1µm Bewegung schwankte stark zwischen 0,48s (erstes µm am Anfang) und 4,2s. In wie weit hier das Messgerät streut kann ich nicht sagen. Aber wahrscheinlicher ist doch, dass die Benetzung des Buchenholzes nicht gleichmäßig erfolgt.
2.   Die mögliche Bewegung lag im Test bei 85,5 µm, nach 6 Minuten habe ich dann aufgehört.
3.   Immerhin gab es keine bemerkbaren Rückschritte, oder Schlupf. Mal abgesehen von 4 Ausreißern wo die Zeit für 1µm Bewegung viel länger dauerte.
4.   Auffällig war auch, dass der erste messbare µm erst nach knapp 32s auftrat. Danach dann 1x zügig nachlegte (0,48s für weiteren µm). Hieran war möglicherweise die Nullung des Messgerätes schuld.

Anlage: Auswertung der Bilder von 0 bis 50µm Bewegung

Also die Einwände, insbesondere Nichtlinearität muss ich klar bestätigen. Mehr als 4s lang Bilder zu schießen, ohne ein µm Vorschub zu bekommen, ist dann doch recht mangelhaft.
Ob es grundsätzlich möglich ist darin besser zu werden, müssten weitere Tests ergeben.

Ich möchte den Gedanken aber noch nicht aufgeben, schließlich ist für die vorgestellte Bewegung praktisch keine Investition erforderlich und der Aufbau ist bisher sehr simpel.

Wenn jemand den Gedanken mit mir weiter verfolgen möchte sei Er / Sie herzlich eingeladen!

LG Frank

[Kurt Wirz]

Hallo Frank

Erwähnenswert ist, dass die Stackschrittgrösse innerhalb eines Stacks nicht hoch präzise gleich gross sein muss, ebenfalls wird die Bildqualität nicht schlechter, wenn sich der Schlitten nicht kontinuierlich in die gleiche Richtung bewegt, er kann sich somit von Bild zu Bild etwas vor und auch etwas zurück bewegen. Der Schlitten muss nicht hoch präzise arbeiten!
Ich fertige 2-3 Bilder innerhalb der Schärfentiefe. Bei 6 Schritten innerhalb der Schärfentiefe sind die Bilder nicht höher aufgelöst, jedoch etwas kontrastreicher und klarer.

Bei senkrechtem Setup sollte der Tisch mit Objekt, bedingt durch Friktion von unten nach oben bewegt werden.

Neben den Messungen muss man nicht vergessen, das Resultat im Bild zu beurteilen 😊

Kurt

[Bob]

# Bob: Ja das wäre bei normalen Stacking-Rails sicher gut möglich. Aber ist beim Lichtmikroskop nicht idealerweise eine thermisch gleichbleibendes Umfeld sinnvoll? Natürlich kann man die thermische Ausdehnung gut berechnen. Aber auch da muss man ja Vorversuche unternehmen. Sinnvoll wäre eigentlich erst die gleichmäßige Durchwärmung vorzunehmen und dann bei Abkühlung zu stacken.

Der Autor, der diese Methode beschrieben hatte (Johannes Kropiuning??) hatte einen Metallzylinder über eine Heizfolie innerhalb einer Dämmung erwärmt. Das Mikroskop bleibt dabei etwa so warm wie es vorher war.

[Aljoscha]

# Alexander: prinzipiell hast Du recht, aber es ist ja auch oft ein Schlupf im System, den man erst beim Zusammenrechnen der Bilder bemerkt, wenn es schon zu spät ist.

Hallo Frank,

Da beim Stacken immer in eine Richtung gearbeitet wird, sehe ich Schlupf nicht als ernsthaftes Problem. Der reduziert allenfalls die Schrittweite, die ja nicht klein genug sein kann. Man macht einfach sicherheitshalber mehr Bilder und alles ist gut.

Viele Grüße

Alexander

[HDD]

Hallo Stacking-Freunde

Vielleicht trägt das ein wenig zum Thema bei.

https://hdds-mikrowelten.de/Willkommen/Aufnahmetechnik.html

Viele Grüße
Horst-Dieter

[Horst Wörmann]

Liebe Stacker,

sehe ich auch so: Schlupf und höchste Genauigkeit sind unwichtig, wenn man 2-D-Bilder errechnet. Vor allem ist die Auflösung in Z-Richtung ja viel schlechter als lateral. Ich denke, daß es bei 3-D-Bilder anders ist: dann stimmen die Ebenen nicht mehr so richtig, was zur Verzerrung in z-Richtung führen könnte. Etwa bei Objekten wie dieses hier:

Viele Grüße
Horst

[rlu]

Hallo,

warum nicht mit einem Piezoelement und einer regelbaren Gleichstromquelle arbeiten?
Du mußt ja "nur" die Höhe manipulieren, nicht aber die x/y-Richtung.

Stichworte: Rastertunnelmikroskope, Selbstbau.
https://www.thomas-wilhelm.net/arbeiten/Rastertunnelmikroskop.pdf

Im deutschen Museum gibt es auch eine Gruppe, die sich so eins selber gebaut haben.

Es geht dir ums Holz. Wie wäre es mit Kartonage, vielleicht einen Schwamm?
Also eine gleichmäßigere Struktur?

Oder du änderst das Medium. Müßte in einer ausdehnbaren Membran liegen.
Wärmeplatte.

Liebe Grüße
Rudolf

[Horst Wörmann]

Hallo Rudolf,

Piezo geht nicht: zu geringe Auslenkung, hohe Spannungen, Kriechen. Alles schon ausprobiert (siehe Artikel auf der Bonner Webseite).

Viele Grüße
Horst

[Aljoscha]

Ich denke, daß es bei 3-D-Bilder anders ist: dann stimmen die Ebenen nicht mehr so richtig, was zur Verzerrung in z-Richtung führen könnte.

Hallo Horst,

Da stimme ich dir sofort zu. Ich selbst erstelle nur 2D-Bilder. Das bestimmt auch mein Denken.

Viele Grüße

Alexander