Bildfehler von Achromaten

Florian D. · Februar 27, 2025, 23:00:40 NACHMITTAGS

Glückauf Forum,

ich photographiere ja hauptsächlich Gesteinsdünnschliffe und da hat man doch deutlich höhere Helligkeitskontraste als normalerweise bei biologischem Material. Während meine Objektive ab 6,3:1 Fluotare sind, verwende ich für Übersichtsaufnahmen ein PLAN 2,5 oder gar 1 Objektiv (alles von Leitz). Letztere sind einfache Achromaten. Für den Endlichbereich und Polarisation gibt es meines Wissens zumindest von Leitz nichts besser korrigiertes.
Leider führen die Farbfehler zu sehr starken violetten Höfen um Helle Körner in dunklem Material. Mit einer kaltweissen LED tritt dies noch stärker hervor als mit Halogenbeleuchtung.
Der Effekt ist auch im Okular sichtbar, wenngleich wohl aufgrund der geringeren Empfindlichkeit des Auges im violetten nicht so auffällig.
Um auszuschliessen, dass der Effekt an anderen Teilen des Mikroskops liegt, habe ich auch einen 2. Revolver mit anderer Tubuslinse (1x statt 1,25x) verwendet. Dies hat nichts am Ergebnis geändert.
Auch am Wild M400 Makroskop ist der Effekt gut sichtbar, z. B. hier:
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?action=dlattach;attach=43092;image

Zur näheren Untersuchung habe ich das Objektmikrometer bei Beleuchtung mit Interferenzfiltern (625 nm, rot), (550 nm, grün) und (425 nm, violett) photographiert. Während bei gleichem Fokus rot und grün annähernd konfokal sind, ist violett komplett unscharf).

Vergleichbare Resultate lieferten sowoh ein Leitz Objektiv mit 170 mm und mit 160 mm, wie auch ein Zeiss Objektiv derselben Vergrösserung.
Um den Effekt zumindest semi-quantitativ zu erfassen, habe ich mit dem Schiebe-Interferenzfilter bei verschiedenen Wellenlängen die Feintriebstellung ("delta") notiert, bei der das Bild in der Photovorschau am schärfsten erscheint.

Die Einstellgenauigkeit ist mässig, und ich bei 520 nm ist es gut möglich, dass ich mich bei der Ablesung vertan habe. Ansonsten ist der Plot besser, als erwartet. Bei 550 nm ist die Fokuslänge maximal und bei 680 (C Linie) und 480 nm (F Linie) sind die Verschiebungen in etwa gleich. So sollte es für einen Achromaten sein. Im Violetten wachsen die Farbfehler schnell an.
Das Bild passt zu dem, was die deutlich physikaffineren Hobbyastronomen so dokumentieren:
telescopeOptics

Viele Grüsse
Florian

K. B. · Februar 28, 2025, 07:11:33 VORMITTAG

Hallo Florian,

ich bin der Meinung mal irgendwo gelesen zu haben das Optiken meistens mit der Natriumlinie als Referenz berechnet werden, das würde erklären warum bei 550-600nm das Optimum liegt und warum es bei kürzeren Wellenlängen schnell abweicht.

Viele Grüße
Kay

Lupus · Februar 28, 2025, 09:26:42 VORMITTAG

Hallo Kay,

Zitatich bin der Meinung mal irgendwo gelesen zu haben das Optiken meistens mit der Natriumlinie als Referenz berechnet werden, das würde erklären warum bei 550-600nm das Optimum liegt und warum es bei kürzeren Wellenlängen schnell abweicht.

das Konzept der Farbkorrektur von einfachen Achromaten ist, die chromatische Aberration durch Kombination zweier Glassorten mit unterschiedlichem Wellenlängenverlauf dieser chromatischen Aberration so zu kombinieren, dass für den wichtigen Spektralbereich um 550 nm, bei dem das Auge am empfindlichsten ist, die Aberrationen im Mittel am geringsten sind. D.h. dass für zwei benachbarte Spektralbereiche beidseits von 550 nm die Brennweiten (genauer: Bildweiten) dieses Linsensystems zusammen fallen müssen. Z.B. für die rote C-Linie bei 656 nm und die blaue F-Linie bei 486 nm (jeweils H₂Linien). Dadurch ergibt sich zwangsläufig eine Kurve mit einem Brennweitenminimum im Bereich 550 nm.

Dass die Längsaberrationen bei kürzeren Wellenlängen schneller abweichen als auf der langwelligen Seite liegt daran, dass generell die Dispersion von Gläsern (also die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex n) sich im kurzwelligen Spektralbereich zunehmend steiler ansteigt, die Dispersionskurve also nicht linear ist. Diese starke Änderung kommt von der spektralen Nähe der hohen Licht-Absorption von Glas im UV-Bereich.

ZitatLeider führen die Farbfehler zu sehr starken violetten Höfen um Helle Körner in dunklem Material. Mit einer kaltweissen LED tritt dies noch stärker hervor als mit Halogenbeleuchtung.

Darum ist eine kaltweiße LED auch keine gute Wahl bei Achromaten, denn der isolierte und sehr ausgeprägte Blau-Peak im Spektrum verschlechtert bei Achromaten die beabsichtigte chromatische Korrektur, die für klassische Beleuchtung mit stetiger Intensitätsverteilung ausgelegt ist.

Hubert

Florian D. · Februar 28, 2025, 09:58:29 VORMITTAG

Hallo Hubert,

ja, das ist alles eigentlich nicht zu überraschend. Mir unverständlich ist jedoch, warum bei niedrigen Vergrösserungen praktisch keine höher korrigierten Objektive angeboten wurden (zumindest von Leitz nicht für das Orthoplan).

Viele Grüsse
Florian

K. B. · Februar 28, 2025, 10:04:56 VORMITTAG

Hallo Hubert,

danke für die Erklärung des Farbkorrekturkonzeptes.
Ist dann bei Planapos der Kurvenverlauf flacher, bzw. das Optimum einfach breiter oder nur bei bestimmten Wellenlängen optimiert?

Viele Grüße
Kay

Bob · Februar 28, 2025, 10:05:16 VORMITTAG

Hallo zusammen,
zum Untersuchen von Farbvergrößerungsfehlern fand ich das Programm Fitswork mit der Funktion "Pixellinie als Diagramm anzeigen" sehr praktisch.

Viele Grüße,

Bob

Lupus · Februar 28, 2025, 10:31:27 VORMITTAG

Hallo Kay,

bei Apochromaten versucht man, nicht nur für zwei Wellenlängen sondern für drei Wellenlängen die Bildweiten gleich zu machen, dadurch wird die Kurve wesentlich flacher. Außerdem ist es üblich, für Apochromaten auch den optimierten Wellenlängenbereich zu erweitern, z.B. bis zur blauen g-Linie (436 nm).
Dieses "Erweitern" ist nicht streng bezogen auf die genannten Wellenlängen zu sehen, außerdem ist es ein Trugschluss dass "Apochromaten" eine gleiche Korrekturklasse sind, das gilt am ehesten noch für einfachste Achromaten weil da der konstruktive Spielraum nicht so groß ist. Speziell modernere Systeme können sich stark unterscheiden bezüglich des Korrekturgrades und haben teilweise auch einen nochmals erweiterten korrigierten Wellenlängenbereich.

Im Übrigen geht es nicht nur um die Korrektur der sphärischen Aberration in Bezug auf die verschiedenen Wellenlängen, sondern auch um die Korrektur innerhalb einer einzelnen Wellenlänge bezogen auf die Objektivapertur. D.h. dass bei einem einfachen Achromaten auch eine unterschiedliche Längsaberration in Abhängigkeit vom Abstand des Lichtstrahls zur optischen Achse bei jeder einzelnen Wellenlänge besteht. Bei Apochromaten ist auch hier eine bessere Korrektur möglich.
Hier ist eine Vergleichsgrafik zwar nicht mit einem Apochromaten, aber zwischen einem typischen Achromaten und einen deutlich verbesserten typischen Fluorit-Objektiv.
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=48001.msg365031;topicseen#msg365031

Hubert

Lupus · Februar 28, 2025, 10:38:53 VORMITTAG

Hallo,

Zitatzum Untersuchen von Farbvergrößerungsfehlern fand ich das Programm Fitswork mit der Funktion "Pixellinie als Diagramm anzeigen" sehr praktisch.

hier ebenfalls ein Anwendungsbeispiel mit "Kurzanleitung" zu Fitswork. Der Vorteil des Programms ist, dass es mit etwa 3.5 MB, mit PDF-Dokumentation 8 MB, sehr kompakt zu installieren ist im Vergleich z.B. zu dem hier erwähnten ImageJ:
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=50975.msg372327#msg372327

Hubert

purkinje · Februar 28, 2025, 10:57:26 VORMITTAG

Hallo Florian,
für die dreiecksfüßigen schwarzen Leitz Pol-Mikroskope (Dialux u. Laborlux-Pol) gab es es als Ergänzung eine Na-Dampf-Lampe. In dieser Zeit gab es nur spannungsfreie Achromate und bedingt spannungsfreie Fluorite:

Beste Grüße Stefan

Florian D. · Februar 28, 2025, 11:19:15 VORMITTAG

Ja, aber Fluorite gab es auch nicht kleiner 6,3.

K. B. · Februar 28, 2025, 11:35:57 VORMITTAG

Hallo Hubert,

danke für die weitere Erklärung, endlich verstehe ich mal richtig wie sich die Korrektur der Optik auf das Bild auswirkt abseits davon das es halt besser aussieht.

Viele Grüße
Kay

PolMik · Februar 28, 2025, 12:25:06 NACHMITTAGS

Hallo Florian,
von Leica müsste es einen 2,5x/0,07 Fluotar mit RMS-Gewinde geben. Vielleicht passt der an Orthoplan?
Viele Grüße
Michael

Florian D. · Februar 28, 2025, 12:42:19 NACHMITTAGS

Hallo Michael,

bist Du Dir sicher, dass der für Endlichoptik ist?

Viele Grüsse
Florian

Peter V. · Februar 28, 2025, 12:54:00 NACHMITTAGS

Hallo,

nein, der ist nicht endlich!

Herzliche Grüße
Peter

Jürgen Boschert · Februar 28, 2025, 13:13:49 NACHMITTAGS

Hallo Florian,

in der Bucht habe ich das hier gefunden:
https://www.ebay.de/itm/335778580093?

Nikon und Zeiss-West hatten PlanApos mit 4-facher Vergrößerung, Nikon m.W. auch ein 2,5 Plan Fluorit
Inwieweit diese Objektive pol-tauglich sind vermag ich nicht zu sagen, auch weiß ich nicht, ob das verlinkte Leitz-Fl 37mm oder 45mm Abgleichlänge hat; das ließe sich ja aber mit einem Plezy ausgleichen.