RFB / COL welche Erfahrungen habt ihr?

[purkinje]

Hallo und ein GUTES NEUES !
 mich interessiert, falls ihr praktische Erfahrungen mit Ringförmiger Beleuchtung (RFB) bzw neudeutsch Circular oblique Lighting  (COL) habt und nicht nur PK-Blenden bzw Heine-Kondensor dafür nutzt, ob ihr

• Blenden mit mehreren Ringen (2,3) benutzt habt und mit welchem Ergebnis
• zur Dimensionierung der Ringe (Radius, Dicke) eine Formel nutzt
• bei mehreren Ringen auch einen mit einem λ/2 Plättchen modifiziert wie dies hier (Göke, MK 80, S356) beschrieben wurde
• bestimmte Kondensoren bzw Objektive dafür bevorzugt nutzt

Ich weiß, der Kreis an Blendenbastlern wird klein sein, aber mich interessieren hier ernsthaft Eure, auch anekdotischen Erfahrungen, die auch schon etwas her sein können.
Beste Grüße Stefan

[Lupus]

Hallo Stefan,

die Verwendung von Ringblenden insbesondere mit mehreren Ringzonen ist m.E. in der Mikroskopie wenig erfolgversprechend. Die Beschreibung bei Göke ist doch eher etwas "akademisch".

Das Thema ist verwandt mit der sog. Apodisation der Objektivöffnung von insbesondere astronomischen Teleskopen im Spektralbereich längerer Wellenlängen, wo versucht wird für spezielle Aufgaben die Auflösung von Punktobjekten zu verbessern. Durch z.T. sehr komplexe Modifikation der Eintrittsblendentransmission kann erreicht werden, dass das zentrale Beugungsmaximum kleiner und kontrastreicher gegenüber der umgebenden Nebenmaxima wird. Das muss aber sehr präzise gefertigt werden. Bei Phasenkontrastblenden ist so etwas in der Praxis machbar und verbessert die typischen Bildfehler des Phasenkontrastverfahrens.

Dass das "Auflösungsvermögen verdoppelt" würde ist eher eine Illusion, diese Überlegungen beziehen sich lediglich auf sehr spezielle, einfache Objektstrukturen im optimalen Abstand und sind nicht allgemein übertragbar.

Hubert

[purkinje]

Hallo Hubert,

Dank Dir für deine einordnenden Ausführungen.

Vor über 20 Jahren hatte ich mich in einen teilverregneten Sommerurlaub mal intensiver mit dem Selbstbau solcher Blenden beschäftigt.
Meine nun sicher anekdotischen Erfahrungen dazu, eingeschränkt  hauptsächlich auf Objektivaperturen 0,5-0,65 und 2 Ringe waren damals wie folgt:

• die zentrale dunkle Scheibe sollte mindestens 55% des Durchmessers der Austrittspupille betragen
• der/die darauffolgende Ring/e bzw der Trennsteg zu einem weiteren Ring muss schmal sein (≤1mm)
• alternativ kann zusätzlich zu einem schmalen inneren Ring (1mm) auch ein weiterer ganz außen (in den Bereichen von Grenzdunkelfeld bzw DF) ganz reizvollen 'Mischkontrast' ergeben

Seither hatte ich eigentlich nur den einen Ring des Heine-Kondensors verwendet, die damals gebauten Blenden sind leider verschollen.

Interessant ist vielleicht in diesem Zusammenhang auch, dass alle mir bekannten heute käuflichen Blenden mit 2 Ringen, welche "COL" versprechen viel zu weite Lichtringe verwenden um einen Effekt zu erzielen.

Beste Grüße Stefan

[Lupus]

Hallo Stefan,

an den (stark vereinfachenden) Berechnungen meines früheren Beitrages sieht man deutlich, wie diese ringförmigen Blenden wirken. Sie zeigen durch räumliche Kohärenz stärkere Interferenzmuster mit den damit verbundenen Nachteilen.



Mehrfachringblenden zur Formung der PSF werden ähnlich berechnet wie Fresnelsche Zonenplatten: Innen Abblendung mit größtem Durchmesser, nach außen enger werdend. Je weniger Ringe, desto größer muss die innerste Blende sein. Ich hatte nach dem Prinzip vor vielen Jahren einmal für eine spezielle Anwendung brauchbare Miniaturlinsen gefertigt (durch Fotoreproduktion einer gezeichneten Vorlage auf feinkörnigen Film oder Holografie. Durch anschließendes Ausbleichen zum Phasenobjekt wurde der Wirkungsgrad stark erhöht).

PS: Der Begriff COL statt RFB ist eigentlich wenig sinnvoll, da jede kreisförmige Beleuchtung einschließlich zentriertem Hellfeld diesem Begriff entspricht. Es müsste dann schon AOL (annular) heißen. 

Hubert

[purkinje]

Hallo Hubert, liebe Freunde der komplexeren Aperturen,

so, wie ich es verstanden hatte, soll wohl gerade die oben schon bei Göke erwähnte λ/2 Wellenplatte (im 2. Ring) die Interferenzen durch Destruktion in Griff bekommen, oder irre ich da?
Hat das schon einmal jemand ausprobiert ?



Hatte mal verschiedene Formen aus Literatur extrahiert, da ergaben sich ganz verschiedene Blendenformen, je nachdem ob man die PSF eher axial, transversal oder in allen Dimensionen (da wurden auch Phasenplättchen verwendet) beeinflussen wollte und dann reichlich die Fresnel-artigen Blenden:
Auch hier die Frage ob schon jemand Erfahrungen gesammelt hat?



Es gäbe also reichlich auszuprobieren 

(Hier noch der Link zu Deinem oben zitierten Beitrag zum Einfluss der Objektbeleuchtung auf Auflösung und Kontrast)
Beste Grüße Stefan

[Lupus]

Hallo Stefan,

vom Prinzip besteht kein Unterschied, ob ich die PSF z.B. im Brennpunkt einer Linse dadurch beeinflusse dass ich nur Zonen durch undurchlässige Blenden blockiere, oder durch Phasenzonen (oder eine Kombination). Im Detail natürlich schon. Im ersten Fall werden Zonen, die eine bestimmte Detailinformation des Bildes enthalten (durch den Beugungswinkel), einfach aus dem interferierenden Wellenpaket herausgenommen. Also erfolgt eine Art selektiver Fouriertransformation. Wenn ich alternativ die Phase verändere kann ich etwas "gezielter" das Interferenzbild verändern. Das ist aber technologisch nicht einfach.

Bei meinem Beispiel, eine Linse aus Fresnel-Zonen zu erzeugen, sieht man den Unterschied deutlich. Im ersten Fall blocke ich die Wellen, die aufgrund der Weglänge über die Zonen zum Brennpunkt destruktiv interferieren. Dann bleiben nur noch die Wellenfronten, die sich im Brennpunkt mit maximaler Intensität vereinigen. Wenn ich mit Phasenzonen arbeite muss ich die "Zwischenzonen" in ihrer optischen Dicke optimal gestalten wenn ich maximalen Effekt erzielen will, denn sonst tragen diese Wellenfronten wieder zu einer Abschwächung des Effektes der "Hauptzonen" bei. Dafür ist bei Phasenzonen die Effizienz höher weil das gesamte Licht verwendet wird.

Hubert

[Lupus]

Hallo,

noch eine praktische Ergänzung am Beispiel einer Diatomee (Stauroneis phoenicenteron). Die Aufnahmen habe ich in Verbindung mit Tests einer speziellen Beleuchtungseinrichtung gemacht.

Links eine Hellfeldaufnahme mit einem alten Zeiss-Achromaten 40/0.65, NA_Beleuchtung=NA_Objektiv. Rechts davon die selbe Diatomee mit zwei ringförmigen Beleuchtungen unterschiedlicher Ringbreite b im Verhältnis zum max. Aperturblendenradius R. Die Ringblenden-Aufnahmen wurden nicht bearbeitet, weder entrauscht noch geschärft oder der Kontrast verändert (auch weil das immer zu einer Verschlechterung der Auflösung führt). Der hohe (Kanten-)Kontrast im Vergleich zur linken "optimalen" Hellfeldaufnahme entsteht durch die höhere Kohärenz der ringförmigen Beleuchtung (die Belichtung war allerdings auch nicht genau an die abweichende Beleuchtungsintensität angepasst).



Was man sieht ist dass ringförmige Beleuchtung entgegen der weit verbreiteten Meinung praktisch keine höhere Auflösung bringt. Das liegt einfach daran dass die feineren Bildstrukturen die durch schiefere Beleuchtungsstrahlen (und damit höher nutzbare NA des Objektives) aufgelöst werden können, auch in der  optimalen Hellfeldbeleuchtung (NA_Beleuchtung=NA_Objektiv) enthalten sind. Das Problem der normalen Hellfeldbeleuchtung ist lediglich, dass durch das Sensorrauschen in Verbindung mit dem geringeren Kantenkontrast dieser Kontrast nicht gut optimiert werden kann, während bei ringförmiger Beleuchtung die "Filterung" des Bildes zu höheren Ortsfrequenzen bereits vor der Aufnahme durch die Interferenzen der kohärenteren ringförmigen Beleuchtung entsteht. Das Sensorrauschen spielt hier also eine untergeordnete Rolle.

Der große Nachteil ringförmiger Beleuchtung dagegen sind die Interferenzartefakte, die man speziell an linearen Strukturen sieht (wie hier die parallelen Linien am Rand der Diatomee und die Verzerrungen der Mittelrippe). Bei den periodischen Öffnungen der Schale wird dieser Effekt unterdrückt weil der Abstand der Interferenzmuster im Bereich der Objektivauflösung liegt und damit auch etwa dem Abstand der Öffnungen zueinander entspricht. Die theoretische Objektivauflösung habe ich in Form eines roten Querbalkens in der linken Diatomee (rechtes unteres Feld der Schale) eingezeichnet.

Der Effekt der Kantenkontraststeigerung bei ringförmiger Beleuchtung ist vergleichbar mit dem nachträglichen Schärfen durch Bildbearbeitung, wo - je nach Art des Kantenfilters der Software - die Pixelintensität im Vergleich zur weiteren Bildumgebung unmittelbar an der helleren Kantenseite erhöht und an der dunkleren Kantenseite verringert wird. Zur Demonstration zeige ich noch zwei Grafiken die ich für Auflösungstests gemacht hatte.

Solche Tests sind am Mikroskopobjektiv nicht ganz einfach weil es schwierig ist das geeignete (bezahlbare) Testobjekt zu finden. Hier wurde der Test mit einem Kantenbild gemacht, die Messpunkte in der Grafik sind ausgemessene Intensitäten der Objektkante nach Abbildung durch das Mikroskopobjektiv. Die nahezu scharfe Kante wird durch die Beugung bei der Abbildung entsprechend abgerundet, die eingezeichneten blauen Interpolations-Kurven sind zum Vergleich idealisierte Beugungskurven die sich ergeben würden wenn das Beugungsbild eine Gaußsche Glockenkurve hätte (die ist eine gute Näherung für das Airy-Beugungsscheibchen).



Im Rahmen der Messgenauigkeit (Sensorrauschen!) erreicht die Intensitätsverteilung bei offener Aperturblende eine gute Näherung an die Theorie, während man rechts bei der ringförmigen Aperturblende deutlich die Schwingungen durch Interferenzen auf der hellen Seite der Kante erkennt und eine Ausrundung auf der dunklen Seite. Diese "Intensitätsüberhöhung" an linearen Kanten ist das was man auch auf dem Foto der Diatomee erkennt und was in der Grafik der theoretischen Berechnungen meines vorangegangenen Beitrages als Schwingung des Bildes der zwei Linien sichtbar ist.

PS:
Aus dieser sog. Kantenspreizfunktion (der Messkurve) könnte man durch mathematische Differentiation die sog. Linienspreizfunktion berechnen und daraus durch Fouriertransformation die Modulationsübertragungsfunktion (MTF), die normalerweise zur Kontrast- und Auflösungsbeurteilung von Kameraobjektiven verwendet wird. Bei teilkohärenter Beleuchtung und damit verbundenen Interferenzeffekten beim Mikroskop macht das aber keinen Sinn. Wie übrigens die bekannte Auflösungsformel für das Mikroskop d = λ/(NA_Objektiv+NA_Kondensor) ebenfalls aus diesem Grund nicht richtig ist.

Hubert

[purkinje]

Hallo Hubert,
werter Freundeskreis der Zentralblende,

Ernest Rutherford, wird ja der, oft falsch verstandene Satz zugeschrieben all science is either physics or stamp collecting 

Wir reden ja hier nun über die ringförmige Beleuchtung (RFB /engl COL) mittels einer Zentralblende und eines Lichtrings (2-Zonen), wenn ich es richtig verstanden habe verwendest Du, Hubert, einmal eine Zentralblende mit 62 bzw 75% des Radius der Objektivapertur und beleuchtest dann bis zum Rand derselben.
Nun wissen vor allem Nutzer der RFB oder des Heine-Kondensors dass man ab etwa 80% mit dem sog 'Pseudo'- Phasenkontrast (PK) und ab 90 mit Grenzdunkelfeld (GDF) zu rechnen hat, es wird hier also eine 'Mischung' aus "Rand"-HF, PK und GDF ohne das zentrale HF erzeugt.
So schön das isolierte GDF-Bild sein kann, habe ich vor etlichen Jahren, bei der RFB diese Zone gerne ausgeblendet. Will sagen mit der Aperturblende diesen Bereich der Objektivapertur (0,9-1R) abgeblendet. Meine mich zu erinnern, dass dies die Interferenzartefakte leicht reduzieren konnte.

Die gezeigten Artefakte, wie auch die hohe Variabilität der Ergebnisse abhängig von Ringblende, Kondensor(-Korrektur und -Apertur) und Objektiven, dürften der Grund sein warum, nach anfänglichem Hype vor etwa 20 Jahren, nun wenig damit gearbeitet und auch kaum Bildmaterial gezeigt wird.

Nun weist aber eben auch der Phasenkontrast, ob nach Zernike oder Heine, Artefakte auf, weshalb ich eine einfache Zentralblende immer noch für eine gute Methode halte, selbst mit diesem Kontrasttyp zu experimentieren.

Hubert zeigt in seiner schönen Darstellung wie die Artefakte, besonders entlang der Kanten zunehmen, wenn die RFB mehr aus der Zone des PK (ca 0,8-0,9R) besteht. Diese gehen leider Hand in Hand mit überhaupt einem beobachtbarem Effekt dieser Methode.

Es soll aber auch erwähnt sein, dass die RFB besonders in Farbe auch seinen Reiz hat; einige beschreiben diese Effekte bei Diatomeen mit porzellanartig, was es meiner Ansicht nach ganz gut trifft:
hier aus den Tiefen des Netzes, auch  Stauroneis phoenicenteron (in der Variante leicht schiefe RFB, auch nicht frei von Artefakten).

Mir gefiel bei der Verwendung immer, dass die RFB etwas mehr Schärfentiefe bei moderaterem Kontrast geboten hat, was beim Durchfokussieren mit zB einem alten Leitz Fl 40/0,85 im Vergleich zum leicht abgeblendeten klassischen HF-Bild Vorteile bot. Auch mildert die RFB harte Kontraste etwas ab und zeigt eben Phasenobjekte (wie oben, in Huberts Bildern mitte und rechts, die Binnenstruktur des Stauros, der Kreuzung dieser Diatomeen).
 
Zum Thema Auflösungssteigerung, ein Thema, dass natürlich viele hier interessieren dürfte, aber reichlich 💣 bietet  :
selbst Enthusiasten der Methoden sprechen ja bestenfalls von 20% transversaler Auflösungssteigerung. Dann wären wir beim oben Geschilderten bei korrespondierender Auflösung von n.A. 0,78 statt 0,65. Da würde ich jetzt bei diesem Objekt auch nicht erwarten viel mehr zu sehen. Geeigneter wäre evtl. eine kleine Pleurosigma oder ähnliches, welche sich bei 0,65 nur grenzwertig aufgelöst zeigt und dann der Vergleich mit zusätzlich RFB. Aber ich weiß, dass eine mgl. Auflösungssteigerung auch immer in Abhängigkeit zu Objektcharakteristika (Gitterkonstante) diskutiert wurde, also mit Vorsicht zu sehen ist. Andererseits sehe ich verblüfft dann solche Bilder von A. pellucida hier im Forum! (auch wenn ich diesen konkreten Fall für GDF halte, also eine extreme Form der randständigen RFB)

Abschließend, gerade die Artefakte waren es übrigens, warum mich modifizierte RFB, entweder durch Mehr-Ringblenden (s.o.) oder Apodisation, (da wären wir jetzt wieder oben bei Rutherford und seiner Goldfolie  ) interessiert hatte, weshalb ich den Beitrag von Hubert gern gelesen habe.
Beste Grüße Stefan   

Links:
• ausführliche Serie von P. James zu Circular Oblique Lighting (COL zu dt. RFB)
• S. 53, Kieselalgen - hoch aufgelöst und kontrastreich fotografiert Hans-Jörg Dethloff
• Ringförmige Beleuchtung (RFB)- Ein einfaches Verfahren zur Steigerung von Auflösung und Kontrast, Gunther Chmela

[Lupus]

Hallo Stefan,

werter Freundeskreis der Zentralblende

mein Eindruck ist dass der Freundeskreis hier im Forum aktuell einen sehr kleinen Radius hat wenn die die Diskussionsfreude zu dem Thema betrachte (im Vergleich zu früheren Threads zu dem Thema). 

Wir reden ja hier nun über die ringförmige Beleuchtung (RFB /engl COL) mittels einer Zentralblende und eines Lichtrings (2-Zonen), wenn ich es richtig verstanden habe verwendest Du, Hubert, einmal eine Zentralblende mit 62 bzw 75% des Radius der Objektivapertur und beleuchtest dann bis zum Rand derselben.

Eine Anmerkung zum Begrifflichkeit, speziell zur COL: Ich halte den Begriff Circular Oblique Lighting für unglücklich gewählt, eigentlich ist jede achssymmetrische Beleuchtung bis hin zur außen abgeblendeten Aperturblende COL. Plastischer und unmissverständlich ist eigentlich immer die Beschreibung der Blendenform in der Brennebene des Kondensors, also ringförmige Beleuchtung oder z.B. halbkreisförmige Beleuchtung u.ä. für andere Varianten. Und ja, ich habe den äußeren Rand des Beleuchtungsrings immer bis zur NA_Objektiv verwendet. Einfach um den maximalen Hellfeld-Beleuchtungswinkel ausschöpfen zu können.

Nun wissen vor allem Nutzer der RFB oder des Heine-Kondensors dass man ab etwa 80% mit dem sog 'Pseudo'- Phasenkontrast (PK) und ab 90 mit Grenzdunkelfeld (GDF) zu rechnen hat, es wird hier also eine 'Mischung' aus "Rand"-HF, PK und GDF ohne das zentrale HF erzeugt.

Jetzt sind wir bei ganz praktischen Fragen, nach meiner Beobachtung wird die RFB oder auch die schiefe Beleuchtung oft nicht richtig, sprich optimal umgesetzt. Speziell wenn die Blende nicht exakt in der Brennebene des Kondensors ist - und der oft dazu verwendete Filterhalter (aber oft auch die Irisblende selbst) ist nicht an der richtigen Stelle. Oder der Kondensor ist nicht achromatisch-aplanatisch. Wenn Beschreibungen zum Einsatz der RFB Tipps über die Höhenjustierung des Kondensors geben ist schon irgend etwas nicht so wie es sein sollte. Ich verwende eine Beleuchtung, deren Blendenform ziemlich exakt den geplanten Beleuchtungswinkel umsetzt. Daher gibt es hier auch keine Sondereffekte wie "Grenzdunkelfeld" und "Pseudo-Phasenkontrast" (was immer das sein soll). Alles andere ist nach Rutherford "stamp collecting". 

Es soll aber auch erwähnt sein, dass die RFB besonders in Farbe auch seinen Reiz hat; einige beschreiben diese Effekte bei Diatomeen mit porzellanartig, was es meiner Ansicht nach ganz gut trifft:
hier aus den Tiefen des Netzes, auch  Stauroneis phoenicenteron (in der Variante leicht schiefe RFB, auch nicht frei von Artefakten).

Mir ging es bei meinem Vergleich nicht um durchaus reizvolle farbige Effekte, die Aufnahmen wurden in "monochromatischem" Licht gemacht weil es nur um reale Strukturauflösung gehen sollte. Übrigens ist mir bei mehreren "RFB"-Bildern hier im Forum aufgefallen dass die regelmäßig mehr schiefe Beleuchtung als reine ringförmige Beleuchtung waren. Das gibt dann ganz andere Effekte! (zuletzt z.B. hier  https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=40341.0, übrigens auch Stauroneis phoenicenteron - da zeigt meine einfache Hellfeldaufnahme trotz geringerer NA mehr Details mit weniger Artefakten  )

Mir gefiel bei der Verwendung immer, dass die RFB etwas mehr Schärfentiefe bei moderaterem Kontrast geboten hat, was beim Durchfokussieren mit zB einem alten Leitz Fl 40/0,85 im Vergleich zum leicht abgeblendeten klassischen HF-Bild Vorteile bot

Das mit der Schärfentiefe sehe ich etwas anders, auch hier ein praktischer Beitrag:

Das Problem von üblicherweise nicht ganz dünnen Phasenobjekten ist, dass grundsätzlich auch Objektbereiche außerhalb der Fokusebene Einfluss auf die Bildstruktur haben. Das ist natürlich auch bei Amplitudenobjekten der Fall indem ein z.B. hell leuchtender aber unscharfer Bereich außerhalb der Fokusebene das scharf gestellte Bild beeinflusst. Jedoch können bei Phasenobjekten sogar scharf erscheinende Artefakte durch Interferenz erzeugt werden, und zwar um so ausgeprägter desto räumlich kohärenter die Beleuchtung ist. Bei stärker abgeblendeter Kondensorapertur sollte das eigentlich schon jeder beobachtet haben, oft mehr Details sichtbar bei leichter Defokussierung. Der gleiche Effekt entsteht aber auch bei engerer ringförmiger Beleuchtung. Speziell der Effekt der "Intensitätsumkehr" von Objektdetails bei entsprechend passender Phasenverschiebung beim Defokussieren ist sehr auffällig und sollte eigentlich auch jedem Diatomeen-Beobachter bewusst sein. Den Effekt gibt es auch bei offener Aperturblende, da überwiegt aber meist die beginnende Unschärfe des Bildes.

Im Bild sieht man eine Gegenüberstellung verschiedener Fokussierungen mit offener Aperturblende, stark abgeblendeter Aperturblende, enger ringförmiger Blende und halbseitiger Beleuchtung. Speziell die beiden mittleren Blendenformen mit höherer Kohärenz zeigen den Effekt sehr ausgeprägt, die dunklen Schalenöffnungen gehen in hell leuchtende Öffnungen über. Das Bild wirkt unverändert über einen weiten Bereich scharf. Interessanterweise erscheint gerade bei enger ringförmiger Beleuchtung die "Mittelrippe" dann richtig fokussiert wenn die Schalenöffnungen hell sind. Solche Diatomeen-Fotos sind häufiger zu sehen. Durch den ausgeprägten Effekt ist auch Fokus-Stacking ein Problem bei dieser Art Beleuchtung.

selbst Enthusiasten der Methoden sprechen ja bestenfalls von 20% transversaler Auflösungssteigerung

Da bin ich einerseits Purist, eine Auflösungssteigerung die nur dann eintritt wenn das Objekt auch die optimal zur NA der Objektives passende Periodizität der Strukturen hat (man also das Objekt vorher kennen muss ) während andere Objektbereiche ganz offensichtlich verzerrt wiedergegeben werden ist eher eine Spielerei. Und andererseits bin ich mir sicher dass diese Auflösungssteigerung - wie schon im vorigen Beitrag erwähnt - nur aufgrund der Sensorrauschens nutzbar ist im Vergleich zu optimaler Hellfeldbeleuchtung mit offener Aperturblende.

Wenn ich Zeit habe teste ich noch mit einer feiner strukturierten Diatomee.

Hubert

[jcs]

Zum Thema Auflösungssteigerung, ein Thema, dass natürlich viele hier interessieren dürfte, aber reichlich 💣 bietet  :

Der Sprengstoff kommt daher, dass diese Sonderformen der Mikroskopie zu einer zusehends kohärenten Beleuchtung führen. Je nach spezifischer Geometrie führt das in manchen Fällen zu einer Verbesserung, in anderen Fällen aber auch zu einer Verschlechterung der Auflösung, da durch die Kohärenz immer mehr Interferenzeffekte zum Tragen kommen.

Wenn kohärente Beleuchtung eine systematische Verbesserung des mikroskopischen Bildes zur Folge hätten, könnte man einfach mit Laser als Lichtquelle arbeiten. Macht man aber nicht, da man sich bei der Vielzahl möglicher Probengeometrien zahlreiche Artefakte einhandeln kann.

LG
Jürgen

[Lupus]

Hallo,

noch eine Ergänzung zum in der Diskussion gefallenen Begriff Grenzdunkelfeld:

Bei dieser etwas esoterisch wirkenden Bezeichnung (der Jurist würde von unbestimmtem Rechtsbegriff sprechen ) handelt es sich um eine Beleuchtung, die sowohl Dunkelfeldanteile als auch (ringförmige) Hellfeldanteile aufweist. D.h. der Ring der Hellfeldbeleuchtung ragt noch in einen Bereich der NA des Kondensors hinein, der die NA des Objektives überschreitet (natürlich könnte man die Hellfeld- und Dunkelfeldanteile auch getrennt ohne gemeinsamen Übergang erzeugen). Ich hatte vor einiger Zeit diverse Berechnungen über die entstehenden Bilder unterschiedlicher (stark vereinfachter) Objektstrukturen bei allen möglichen Beleuchtungsvarianten gemacht. Da waren auch Vergleiche von ringförmiger Beleuchtung verschiedener Ringbreite dabei, die bis in das Dunkelfeld gegangen sind. Denn Dunkelfeld ist nichts anderes als eine ringförmige Beleuchtung, deren NA durchgängig größer ist als die NA des Objektives.

Und so kann man auch verbal erklären dass zwischen ringförmiger Hellfeldbeleuchtung und Dunkelfeldbeleuchtung kein wesentlicher Unterschied bezüglich der erzeugten Bildstrukturen besteht - bis auf den Unterschied dass der Hintergrund im einen Fall hell, im anderen dunkel ist weil die nullte Beugungsordnung (also die Beleuchtung) vom Objektiv erfasst oder nicht erfasst wird. Die erzeugten Bildstrukturen in Form von Interferenzmustern, die vom Objekt ausgehen sind (nahezu) gleich, wenn man vernachlässigt dass die Dunkelfeldbeleuchtung einen etwas größeren Objektbeleuchtungswinkel ermöglicht (weil natürlich der "Beleuchtungsring" größer ist) und damit das Objektiv auch etwas stärker gebeugte Wellen erfassen kann. Zu diesen Interferenzmustern addiert sich im Fall von Hellfeldbeleuchtung lediglich noch der homogene helle Hintergrund.

Wenn ich nun das Intensitätsverhältnis der ringförmigen Hellfeldbeleuchtung und der Dunkelfeldbeleuchtung etwa gleich mache durch Angleichung der Radienverhältnisse der Ringe, dann entsteht ein mittelheller Hintergrund, der bei weißer Beleuchtung die schon beschriebenen z.T. mit farbsäumen versehenen ästhetisch wirkenden porzellanfarbigen Diatomeenbilder erzeugen kann. Inhaltlich  (nach physikalischen Kriterien) ergibt diese Beleuchtung aber keine neuen Informationen, sondern im Gegenteil nicht interpretierbare Artefakte.

Die folgende vergleichende Zusammenstellung habe ich aus den Tiefen meines Archives dieser früheren Berechnungen geholt, die ist nicht ganz einfach verständlich wenn man sich nicht tiefer mit der Materie beschäftigt. Ich habe dort theoretisch berechnet welches Bild aus zwei punkt- oder linienförmigen Objekten (was bei eindimensionaler Betrachtung fast egal ist) in geringem Abstand zueinander bei unterschiedlichen Beleuchtungen entsteht. Dadurch dass die Rechnungen alle monochromatisch erfolgen sind die entstehenden Interferenzmuster ausgeprägter als bei realer Beobachtung. Der Objektabstand ist so gewählt dass bei optimaler Hellfeldbeleuchtung (NA_Bel=NA_Obj) die Objekte aufgelöst, aber nicht getrennt sichtbar sind. Das ist in der Grafik etwa rechts oben (mit der blau eingekreisten Beschriftung HF) erkennbar. Blau sind die Objektstrukturen eingetragen (nur in einigen Grafiken rechts), rot ist das entstehende Bild.



Rechts von diesem HF-Bild ist zum Vergleich der Fall reduzierter Kondensorblende dargestellt (75% des max. Durchmessers), wo man die verringerte Auflösung und stärkere Interferenzen erkennt. Die in einer Art Bogen nach links unten angeordneten weiteren Grafiken zeigen dann ringförmige Beleuchtung mit zwei Ringbreiten (12% und 24% bezogen auf den Durchmesser), die einen zunehmenden Dunkelfeldanteil besitzen bis hin zu reinem Dunkelfeld links unten. Rechts oben ist als Sonderfall mit "RF 12% klein" eine ringförmige Beleuchtung dargestellt, die ähnlich der reduzierten Kondensorblende (rechts darunter) einen entsprechend kleineren max. Ringdurchmesser aufweist als die NA_Obj. Auch hier sieht man die reduzierte Auflösung bei gleichzeitig verstärkten Interferenzen.

Im Übergangsbereich zwischen RF-Hellfeld und Dunkelfeld verändert sich die Hintergrundhelligkeit von 1 (siehe Skala links in den Grafiken) auf 0, wie schon verbal vorher für das "Grenzdunkelfeld" beschrieben wurde. Wie man sieht verändern sich auch die Interferenzmuster dieser beiden Objekte durch den Übergang von Hellfeld zu Dunkelfeld kontinuierlich, und im Übergangsbereich - trotz sehr einfacher Objektstruktur - relativ unvorhersehbar. Entsprechend schwierig sind die Bildinterpretationen bei komplexeren Objekten.

Nachdem die Position (und Abstand) der Interferenzmuster wellenlängenabhängig ist, entstehen bei realer Weißlichtbeleuchtung entsprechende Farbsäume. Dazu kommen ggfs. noch die Farbeffekte durch chromatische Aberration des Kondensors (und auch des Objektives).

Über diese m.E. optischen Spielereien   gab es früher einige Veröffentlichungen, z.B. der Piper'sche "Variable Hell-Dunkelfeld-Kontrast (VHDF)" https://www.zobodat.at/pdf/Mikrokosmos_100_6_0001.pdf   S. 369.

Hubert

[purkinje]

Hallo Hubert,
ich wollte Deine rechnerischen und konstruktiven Künste nicht schmälern als ich schrieb

Nun wissen vor allem Nutzer der RFB oder des Heine-Kondensors dass man ab etwa 80% mit dem sog 'Pseudo'- Phasenkontrast (PK) und ab 90 mit Grenzdunkelfeld (GDF) zu rechnen hat, es wird hier also eine 'Mischung' aus "Rand"-HF, PK und GDF ohne das zentrale HF erzeugt.
So schön das isolierte GDF-Bild sein kann, habe ich vor etlichen Jahren, bei der RFB diese Zone gerne ausgeblendet. Will sagen mit der Aperturblende diesen Bereich der Objektivapertur (0,9-1R) abgeblendet. Meine mich zu erinnern, dass dies die Interferenzartefakte leicht reduzieren konnte.

Aber wie siehst Du das, wenn diese Rand-Zone (Grenzdunkelfeld*) bei der ringförmigen Beleuchtung bei einem Ring mit größerer Weite inkludiert ist, wird dadurch das Bild nicht "anfälliger" für diese sprunghaften Effekte? (Nachtrag. wenn ich Deinen letzten Post richtig verstanden habe, ja)

Ähnlich wie die exakte mittige Postionierung, v.a. bei hochaperturiger RFB (du hattest auf die leicht schiefen RFB-Darstellungen hingewiesen und ich eine verlinkt) kann auch die Positionierung des äußeren Ringrandes Probleme bereiten: etwas über die Objektivapertur heran bzw hinaus und schon hat man GDF dabei.
Insbesonders bei höher korrigierten Objektiven (APOs) hatte ich damit Probleme (mittels des variablen Heine-kondensors kann man hier beobachten wie der Lichtring hinter der Objektivapertur verschwindet, dann wieder auftaucht um erneut zu verschwinden, wo ist also die genau die Grenze? Bei Achromaten ist das zugegeben leichter) Das war mein Grund dafür diesen Rand mittels Aperturblende auszublenden.

* der Begriff des 'Grenzdunkelfeldes' ist sicherlich ein deutscher Begriff, geprägt durch Veröffentlichungen im Mikroskosmos und durch Gerhard Göke.
Der Übergang zu dem, von dir kritisierten, Begriff des Pseudo-Phasenkontrasts (bei weiter zentral liegender schmaler Beleuchtung) fließend. Diesen Begriff findet man auch im Englischen, bevorzugt im Amateur-Mikroskopie-Bereich)
Sterrenburg hat glaub ich diesen Begriff auch in Verbindung mit RFB geprägt und erläutert: EXTREME ANNULAR ILLUMINATION
Dieser Pseudo-Phasenkontrast  ist ja nichts anderes als das "kontrastreiche Hellfeld" in der dt. oder "rich contrast" in der engl Heine-Kondensor- Beschreibung.
Hier aus der Beschriebung zum Heine-Kondensor:

III: "ergibt sehr kontrastreiche Hellfeldbilder"
IV: "entsteht..ein Dunkelfeld, das verglichen mit dem normalen Dunkelfeld in vielen Fällen besondere Strukturen klar hervortreten läßt"
V. "entsteht normale Dunkelfeldbeleuchtung"

Beste Grüße Stefan

[Lupus]

Hallo Stefan,

wenn diese Rand-Zone (Grenzdunkelfeld*) bei der ringförmigen Beleuchtung bei einem Ring mit größerer Weite inkludiert ist, wird dadurch das Bild nicht "anfälliger" für diese sprunghaften Effekte?

die Frage verstehe ich nicht ganz, was heißt "bei einem Ring mit größerer Weite"? Im Vergleich zu was anfälliger?

Zum Heine-Kondensor fehlt mir die Erfahrung, ob der ausreichend scharf den Randbereich des Lichtkegels  begrenzt wenn man in den DF-Bereich kommt kann ich nicht sagen. Da vertraue ich schon eher auf eine präzise, reproduzierbar montierte Blende an der richtigen Position.
Inwiefern sind hochkorrigierte Objektive da schwieriger zum Einstellen der Blende?

Dieser Pseudo-Phasenkontrast  ist ja nichts anderes als das "kontrastreiche Hellfeld"

Einerseits ist jede Kontrastierung z.B. durch Abblenden der Aperturblende eine Art Phasenkontrastverfahren (als übergeordneter Begriff, insofern kein Pseudo-Verfahren). Aber "Pseudo-Phasenkontrast" erinnert begrifflich m.E. zu sehr an die speziell durch den Zernike-Phasenkontrast erzeugte andersartige Kontrastierung - also keine Erhöhung des Kantenkontrastes wie bei den verschiedenen Aperturblendenformen sondern eine der Phasenverschiebung proportionale Helligkeitsdarstellung.

Hubert

[Rene]

Hallo Hubert und Stephan,

ich bin mir ziemlich sicher, dass Frithjof Sterrenburg es tatsächlich als eine Art Phasenkontrast bezeichnet hat. In meinen Gesprächen mit ihm wurde deutlich, dass der Kontrast von der Art des Objektivs abhängt, wobei die besten Ergebnisse mit einfachen und älteren Achromaten/Fluoriten erzielt werden. Ich vermute, dass die Randzone dieser Objektive einen sphärischen Fehler aufweist. Bei einfachen Objektiven ist das normal und stört im Hellfeld kaum. Aber bei dieser ,,Pseudo-Phasenkontrast"-Methode wirkt er unbewusst wie eine Phasenplatte. Übrigens ohne das Licht abzuschwächen wie normale Phasenplatten in Objektiven.
In diesem Licht sind auch Wilskas Anoptrikexperimente mit Rußringen am äußersten Rand des Objektivs zu sehen: Der Ruß wirkt als Lichtabschwächer, aber nicht als Phasenplatte. Bei einem modernen, gut korrigierten Objektiv wird dadurch kein zusätzlicher Kontrastgewinn erzielt. Aber in Kombination mit einem geeigneten Objektiv, wie oben beschrieben, ist es sehr effektiv.

Viele Grüße, René

[Lupus]

Hallo Rene,

ja Du hast recht, hier  http://www.microscopy-uk.org.uk/index.html?http://www.microscopy-uk.org.uk/primer/special.htm  bei der Beschreibung zu Bild 51 hat Sterrenburg es nochmals erläutert.

Das macht die Verwendung der ringförmigen Blende als Methode zur Auflösungssteigerung nicht einfacher. 

Hubert