Schiefe Beleuchtung

[Spectrum]

Hallo Hubert,
Bei mir ist es gerade genau umgekehrt. Vielen Dank für die weiterführende Erklärung!
Ich habe bei den verschiedenen Möglichkeiten wie man schiefe Beleuchtung realisieren kann auch schon festgestellt das es "irgendwie immer ein Bild gibt".
Das sieht in den schwächeren Vergrößerungen auch meist ganz passabel aus. Ich wollte wissen woran das liegt und habe bei meiner Recherche auf research gate folgende Publikation gefunden:

https://www.researchgate.net/profile/Thilo-Bauer/publication/349640735_Perfect_oblique_illumination/links/609793c292851c490fc77725/Perfect-oblique-illumination.pdf

Leider ging es mir da genau wie Peter T. gerade, und ich habe nicht alles bis zum "vollkommenen Durchblick" verstehen können.
Deine Ergänzung hier hat mir da definitiv weitergeholfen.
Eine Frage:
Wie genau kann ich (praktisch erklärt), mithilfe eines Phasenteleskops oder Bertrand Linse anhand der Abbildung der hinteren Brennebene, optimieren?
*edit:
Hallo Stefan, wie ich sehe haben wir den Link doppelt gepostet...
LG Holger

[Peter V.]

Hallo Hubert,

Danke für die Erläuterungen. Ich denke dennoch, dass die Schiefe Beleuchtung den DIC nicht ersetzt. Die S.B. ist eben auch eines von vielen Kontrastverfahren und hat unter Umständen gegenüber dem DIC sogar Vorteile, wie Ole an seinem Beispiel der Closterium-Streifung erläutert hat. Es ist aber doch wohl so, dass es schon etwas mehr Einstellungsaufwand bedeutet, wenn man die Schiefe Beleuchtung für alle Vergrößerungen anwenden will und es bedarf - wie von Dir ausgeführt - der Immersion des Kondensors bei hohen Aperturen. (Das hatte ich mir schon zuvor gedacht, aber nie ausprobiert). Kondensorimmersion ist auch im praktischen Leben nicht jedermanns Sache und setzt auch einen immergierbaren Kondensor voraus. Das soll alles kein Argument gegen die S.B. sein, aber ein mit DIK ausgerüstetes Mikroskop ist doch letztlich - einmal ordnungsgemäß justiert - einfacher im Handling. Dass der Bildeindruck in meinen Augen auch "schöner" ist, sei dahingestellt, das ist natürlich subjektiv. Was mich zudem stört, sind die Artefakte, wie ich evtl. nicht physikalisch korrekt als "azimutale Effekte" bezeichnet habe; dennoch sind sie da! Sie sind in dem Beispiel von Michael Müller deutlich zu sehen und extrem auch beim Hoffman-Kontrast, der auch eine Form der Schiefen Beleuchtung darstellt, in diesem alten Beitrag von mir.

https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=22231.msg165396#msg165396

Vielleicht kannst Du noch ein paar Worte zu diesen Artefakten verlieren?

Bei Oles Bilder sehe ich sie nicht so sehr, wobei in mir nicht sicher bin, ob die Strukturen, die ich auf den unten angehängten Bildausschnitten mit Pfeilen markiert habe, tatsächliche Strukturen oder derartige Artefakte sind.

Falls jemand den oben erwähnten, ich finde nicht zu theoretischen Aufsatz von Thilo Bauer zur perfekten schiefen Beleuchtung lesen möchte:

@Stefan: Na ja, was man so unter "theoretisch" versteht.    Wer Freude daran hat, möge sich gerne auf 17 Seiten mit dem Sampling-Theorem, Signal-Rauschabstand, optischer Fourier-Tranformation und Ortsfrequenzen des Objektes auseinandersetzen. Das meine ich gar nicht ironisch und es gibt sicherlich auch an den Grundlagen zur Schiefen Beleuchtung Interessierte, für die der Artikel sehr wertvoll ist, aber unter "praktisch" verstehe ich doch etwas anderes. Ich stelle mir unter praktisch eher eine auf das Wesentliche bezogene Anleitung vor, wie man sein Mikroskop für die Schiefe Beleuchtung (auch für höhere Aperturen) ausrüsten muss. Das kann man womöglich aus dem Artikel herausdestillieren, den ich aber - zugegebenermaßen - aufgrund seiner Länge nie komplett, sondern nur quer gelesen habe.

Herzliche Grüße
Peter

PS: Das Phasenteleskop benutze ich gerne und viel. Da ich nicht binokular sehen kann, sondern nur mit dem linken Auge, steckt in vielen meiner Mikroskop rechts dauerhaft ein Phasenteleskop 

[Jürgen Boschert]

Hallo zusammen,

anbei nun noch Vergleichsbilder, ebenfalls von einem biologischen Objekt und nicht von Glaskügelchen. Aufnahmen mit einem Zeiss-West Planapo 25/0,65 (also Endlich). Aufnahmedaten absolut identisch. Die schiefe Beleuchtung wurde exakt so eingestellt, wie in Thilos Artikel empfohlen.

[Peter V.]

Lieber Jürgen,

Danke für die Beispiele. Links dürfte wohl DIC sein und rechts die Schiefe Beleuchtung.
Ehrlich gesagt, tue ich mich jetzt etwas schwer mit der Einschätzung dieser Bilder, schon weil die Helligkeit so extrem unterschiedlich ist. Ich habe einmal versucht, die Helligkeit (subjektiv) anzugleichen. Mich hätten natürlich vor allem Bilder mit einem hochaperturigen Objektiv z.B. 100 / 1,irgendwas interessiert.

Hezrliche Grüße
Peter

[Jürgen Boschert]

Hallo Peter,

das mit den hochaperturigen mache ich demnächst auch noch. Mir ging es erstmal darum aufzuzeigen, dass der DIC gefälliger ist. Er ist schnell eingestellt und liefert einen dtl. besseren Kontrast. Erwähnen muss ich noch, dass der visuelle Eindruck noch deutlicher den Unterschied zeigt, die Kamera erhöht den Kontrast im Bild mit schiefer Beleuchtung sogar noch etwas. Ich finde, auch Oles Bilder zeigen im DIC eine "bessere Trennschärfe" für feine Details.
Natürlich haben beide Verfahren ihre Berechtigung, sei es auch nur aus Gründen mangelnder Verfügbarkeit als Ersatz für DIC. Insbesondere bei schwachen Vergrößerungen ist die schiefe Beleuchtung unschlagbar. Bei höheren würde ich eher den DIC bevorzugen aus den schon genannten Gründen: Einfachere Handhabung, Reproduzierbarkeit und helleres Bild. Die beiden Aufnahmen sind ohne Veränderung der Beleuchtungseinstellung und ohne Veränderung der Belichtungsdaten der Kamera gemacht und auch nicht außerhalb der Kamera nachbearbeitet.

Ich denke auch, dass die Hersteller das längst auf den Markt gebracht hätten, wenn es eine für den Anwender ähnlich einfach zu handhabende technisch realisierbare Lösung mit ähnlich "guten" Resultaten gäbe wie mit dem DIC. Ein Beispiel dafür ist m.E. die Lösung, die Nikon für schiefe Beleuchtung an Stereomikroskopen anbietet (OCC).

[Lupus]

Hallo Holger,

Ich wollte wissen woran das liegt und habe bei meiner Recherche auf research gate folgende Publikation gefunden:
...Thilo-Bauer.....pdf
Leider ging es mir da genau wie Peter T. gerade, und ich habe nicht alles bis zum "vollkommenen Durchblick" verstehen können.

tröste Dich, ich habe den Artikel in seinem Verlauf auch nicht ganz verstanden weil manche zentrale Abschnitte wenig mit dem Titel zu tun haben (das Thema "äußerst schiefe Beleuchtung in Zusammenhang mit Abbe bezieht sich auf etwas ganz Anderes, nämlich auf die Theorie der Auflösung, nicht auf die "Schiefe Beleuchtung" als Phasenkontrastverfahren). Die konkrete Entstehung des differentiellen Phasenkontrastes durch die schiefe Beleuchtung wird überhaupt nicht angesprochen.

Wie genau kann ich (praktisch erklärt) mithilfe eines Phasenteleskops oder Bertrand Linse anhand der Abbildung der hinteren Brennebene optimieren?

Die Aperturblende des Kondensors wird unter der Voraussetzung dass sie wirklich in der vorderen Kondensorbrennebene liegt (was oft nicht der Fall ist), in die hintere Brennebene des Objektivs abgebildet. Die Helligkeitsverteilung in der Aperturblendenebene erzeugt andererseits direkt die Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlen, die den Kondensor verlassen und das Objekt beleuchten. Da gleichzeitig der durch innere Blenden begrenzte Durchmesser der hinteren Objektivbrennebene das Maß für dessen NA ist, kann man von der mit Phasenteleskop beobachtbaren ausgeleuchteten Fläche auf der Rückseite des Objektivs direkt auf das Verhältnis von NA_Beleuchtung/NA_Objektiv schließen. Wobei man sich durch Veränderung des Aperturblendendurchmessers an die Grenze der NA_Objektv herantasten muss, weil man nicht sehen kann ob die NA_Beleuchtung größer als die NA_Objektiv geworden ist.

Und natürlich kann man hier z.B. direkt erkennen, wie unsymmetrisch die Blende für schiefe Beleuchtung die Kondensorbeleuchtung verändert. Der objekttreueste differentielle Phasenverlauf durch schiefe Beleuchtung ergibt sich wenn der Kreis der Objektivaustrittspupille homogen ausgeleuchtet wird, genau zur Hälfte abgedeckt wird (das ergibt aber nicht den stärksten Hell-Dunkel-Kontrast) und NA_Beleuchtung = NA_Objektv. Bei anderen Lichtverteilungen (speziell eine stärkere Abblendung als die Hälfte der Objektivaustrittspupille) kann der Hell-Dunkel-Kontrast des "Reliefs" einseitig stärker werden, aber gleichzeitig auch unsymmetrischer (Lichtseite ausgeprägter als Schattenseite).

Natürlich kann man mit der Methode auch die Kondensorbeleuchtung (Beleuchtungswinkelverteilung) beurteilen, wenn sich keine Blende für schiefe Beleuchtung in der Aperturblendenebene befindet, sondern auf irgend eine andere Art und Weise die Beleuchtung unsymmetrisch gemacht wird. Wesentliches Qualitätskriterium für schiefe Beleuchtung bleibt aber welche Lichtverteilung den Kondensor verlässt. Dass bei sphärischer Aberration des Kondensors (speziell i.V. mit angepasster Leuchtfeldblende) die Objektausleuchtung bereits schlecht sein kann, wird hier demonstriert (Bildzusammenstellung am Ende des 1. Beitrags)
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=48340.msg355374;topicseen#msg355374 

Hubert

[Peter V.]

Lieber Jürgen,

ich kenne die Lösung von Nikon nicht, hatte aber die Ehre, Michael Zölffel vor 1 1/2 Jahren in seinem Labor bzw. seinen Schulungsräumen in Jena besuchen zu dürfen.
Dort stand ein Stereomikrospop der Discovery-Serie mit einem Highend-Durchlichteinrichtung, die auch eine Kontrastiereinheit a la "Schiefer Beleuchtung" enthielt. Die genaue technsichen Details wurden nicht verraten und es steckt sicher noch etwas mehr Knowhow dahinter als "nur" einfaches Schieflicht, aber das plastische Bild hat mich regelrecht umgehauen!!

Aber wie Du schon schreibst: Wenn es so eine Lösung auch für höheren Vergrößerungen am normalen Mikroskop gäbe, hätte sie vermutlich schon jemand auf den Markt gebracht.

Herzliche Grüße
Peter

[junio]

Hallo Peter,
die Streifenartefakte sind kein eigentliches Merkmal der schiefen Beleuchtung. Sie resultieren aus der Aperturblendenform, die z.B beim HMC Spaltblendenform hat.
Ein azimutaler Effekt bezieht sich bei der schiefen Beleuchtung auf die Auflösung, wenn verschiedene Maxima durch die Aperturblendenform (z.B. kreisauschnittförmig) ausgeblendet werden.

Beste Grüße von Jürgen

[Jürgen Boschert]

Lieber Hubert,

... Die Aperturblende des Kondensors wird unter der Voraussetzung dass sie wirklich in der vorderen Kondensorbrennebene liegt (was oft nicht der Fall ist),  ...

Ich denke, da liegt auch das Problem für eine ideale schiefe Beleuchtung. Gerade bei hochgezüchteten Kondensoren müssen da wohl rein aus Platzgründen bautechnische Kompromisse eingegangen werden, die eine optimale Platzierung der Aperturblende nicht mehr zulassen. Bei Stereomikroskopen ist da halt das verfügbare Platzangebot dtl. günstiger. Insofern könnte man die DIC-Einrichtungen auch als eine technische Möglichkeit betrachten, mit (polarisations-)optischen Mitteln wieder optimale Verhältnisse für schiefe Beleuchtung zu schaffen; die beiden Verfahren sind ja letztlich zwei Seiten derselben Medaille.

[anne]

Hallo,
ich hatte ja lange auch keinen DIC. Zuvor hatte ich mit dem Revolverkondensor am Zeiss mein Schieflicht geliebt.
Später habe ich auch mit dem 100er am Vanox noch Bilder im Schieflicht gemacht. Ich möchte hier diese 2 Beispiele zeigen, 40er am Zeiss und 100er am Vanox um zu zeigen was bei Diatomeen möglich ist. Die Bilder sind steinalt, aber ich denke man kann sie noch zeigen.
Trotzdem möchte ich den "WOW" Effekt des DICs nicht missen.
lG
anne

[Jürgen Boschert]

Liebe Anne,

und ob man die noch zeigen kann -wow! Sind erste Sahne, wie man von Dir kennt.

Für schiefe Beleuchtung hat man ,denke ich, zwei Besonderheiten: Zum einen i.d.R. ein Eindeckmedium mit sehr hohem Brechungsindex und zum anderen ein Objekt, das schon selbst hohe Dichteunterschiede auf engstem Raum aufweist. Das hat man bei "üblichen" biologischen Objekten (Zellen, Protisten, etc.) so nicht.

[junio]

... und hier noch ein basteltechnischer Hinweis, allerdings nur für Zeiss-Mikroskopiker.
Bei den Revolverkondensoren (z.B. achr.-aplan. n.A. 1,4) kann man ein dünnes Blech unter die obere Abdeckscheibe des Kondensors schieben und positionieren. Hier ist man in unmittelbarer Nähe der Aperturblende. Ein exakte Halbierung der wirksamen Apertur ist ohne Aufwand möglich.

Beste Grüße von Jürgen

[Spectrum]

Hallo Holger,

Ich wollte wissen woran das liegt und habe bei meiner Recherche auf research gate folgende Publikation gefunden:
...Thilo-Bauer.....pdf
Leider ging es mir da genau wie Peter T. gerade, und ich habe nicht alles bis zum "vollkommenen Durchblick" verstehen können.

tröste Dich, ich habe den Artikel in seinem Verlauf auch nicht ganz verstanden weil manche zentrale Abschnitte wenig mit dem Titel zu tun haben (das Thema "äußerst schiefe Beleuchtung in Zusammenhang mit Abbe bezieht sich auf etwas ganz Anderes, nämlich auf die Theorie der Auflösung, nicht auf die "Schiefe Beleuchtung" als Phasenkontrastverfahren). Die konkrete Entstehung des differentiellen Phasenkontrastes durch die schiefe Beleuchtung wird überhaupt nicht angesprochen.

Wie genau kann ich (praktisch erklärt) mithilfe eines Phasenteleskops oder Bertrand Linse anhand der Abbildung der hinteren Brennebene optimieren?

Die Aperturblende des Kondensors wird unter der Voraussetzung dass sie wirklich in der vorderen Kondensorbrennebene liegt (was oft nicht der Fall ist), in die hintere Brennebene des Objektivs abgebildet. Die Helligkeitsverteilung in der Aperturblendenebene erzeugt andererseits direkt die Winkelverteilung der Beleuchtungsstrahlen, die den Kondensor verlassen und das Objekt beleuchten. Da gleichzeitig der durch innere Blenden begrenzte Durchmesser der hinteren Objektivbrennebene das Maß für dessen NA ist, kann man von der mit Phasenteleskop beobachtbaren ausgeleuchteten Fläche auf der Rückseite des Objektivs direkt auf das Verhältnis von NA_Beleuchtung/NA_Objektiv schließen. Wobei man sich durch Veränderung des Aperturblendendurchmessers an die Grenze der NA_Objektv herantasten muss, weil man nicht sehen kann ob die NA_Beleuchtung größer als die NA_Objektiv geworden ist.

Und natürlich kann man hier z.B. direkt erkennen, wie unsymmetrisch die Blende für schiefe Beleuchtung die Kondensorbeleuchtung verändert. Der objekttreueste differentielle Phasenverlauf durch schiefe Beleuchtung ergibt sich wenn der Kreis der Objektivaustrittspupille homogen ausgeleuchtet wird, genau zur Hälfte abgedeckt wird (das ergibt aber nicht den stärksten Hell-Dunkel-Kontrast) und NA_Beleuchtung = NA_Objektv. Bei anderen Lichtverteilungen (speziell eine stärkere Abblendung als die Hälfte der Objektivaustrittspupille) kann der Hell-Dunkel-Kontrast des "Reliefs" einseitig stärker werden, aber gleichzeitig auch unsymmetrischer (Lichtseite ausgeprägter als Schattenseite).

Natürlich kann man mit der Methode auch die Kondensorbeleuchtung (Beleuchtungswinkelverteilung) beurteilen, wenn sich keine Blende für schiefe Beleuchtung in der Aperturblendenebene befindet, sondern auf irgend eine andere Art und Weise die Beleuchtung unsymmetrisch gemacht wird. Wesentliches Qualitätskriterium für schiefe Beleuchtung bleibt aber welche Lichtverteilung den Kondensor verlässt. Dass bei sphärischer Aberration des Kondensors (speziell i.V. mit angepasster Leuchtfeldblende) die Objektausleuchtung bereits schlecht sein kann, wird hier demonstriert (Bildzusammenstellung am Ende des 1. Beitrags)
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=48340.msg355374;topicseen#msg355374 

Hubert

Danke, das bringt ein wenig Licht ins (Halb)dunkel.
Und inwieweit macht sich dann der Verlust an Auflösung durch die nicht mehr voll ausgenutzte Objektivapertur bemerkbar?
Es liegt doch auch Bildinformation (also ein ich sag jetzt mal salopp "ein Dunkelfeldbild") im "dunklen" Teil im Bereich der Brennebene vor.
Oder mache ich da einen Denkfehler?
Wird das dann je nach Verlauf mehr oder weniger zu dem Phasenbild das entsteht kombiniert?
Grüße Holger

[junio]

Hallo Holger,
Informationen über das gesamte Objekt liegen an jedem Punkt der hinteren Objektivbrennebene vor, nur eben mit unterschiedlichen Strukturbetonungen. Hilfreich zum Verstehen sind die Diffraktionsversuche von Abbe. Auf meiner Internetseite ist dazu etwas im Zusammenhang mit der Pleurosigma beschrieben.
Durch das Abblenden einer Aperturhälfte gehen keine feinen Informationen verloren, da auch die höchsten Maxima auf der sichtbaren Hàlfte der Brennebene zur Bildinformation beitragen. Deshalb ist auch das Drehen des Objektes bei den Verfahren mit Abblendungen in der hinteren Brennebene ganz wichtig.
Ich hoffe meine Erläuterungen halten einer kritischen Betrachtung durch die Forumsexperten, zu denen ich mich nicht zähle, stand.
Beste Grüße von Jürgen

[Lupus]

Hallo Peter,

Was mich zudem stört, sind die Artefakte, wie ich evtl. nicht physikalisch korrekt als "azimutale Effekte" bezeichnet habe; dennoch sind sie da! Sie sind in dem Beispiel von Michael Müller deutlich zu sehen und extrem auch beim Hoffman-Kontrast, der auch eine Form der Schiefen Beleuchtung darstellt, in diesem alten Beitrag von mir.

wie Jürgen schon richtig beschrieben hat, können diese Streifen aufgrund der sehr schmalen Spaltform beim Hoffman-Kontrast entstehen, sozusagen eine Art Interferenz-Artefakte aufgrund der zu hohen Kohärenz der Beleuchtung (ähnlich enger ringförmiger Beleuchtung). Hoffman-Kontrast ist wohl auf maximalen Bildkontrast ausgelegt (das wird auch in der Patentschrift angedeutet). Ähnlich ist es m.E. bei der spitzen Keilblende in dem Link von Michael Müller. Bei Ole kann ich kein Problem erkennen, das sind reale Strukturen. Der Unterschied zu seinen DIK-Aufnahmen kommt von der erkennbar anderen Fokuslage und evtl. auch etwas anderen Hautlichtrichtung. Bei "normaler" schiefer Beleuchtung gibt es hier keinen Effekt.

Es ist aber doch wohl so, dass es schon etwas mehr Einstellungsaufwand bedeutet, wenn man die Schiefe Beleuchtung für alle Vergrößerungen anwenden will und es bedarf - wie von Dir ausgeführt - der Immersion des Kondensors bei hohen Aperturen.

Das kann ich nicht nachvollziehen, wenn die schiefe Beleuchtung herstellerseitig vernünftig fest eingebaut wird gibt es da nichts mehr einzustellen - etwa analog der 3 Phasenkontrastblenden im Revolver-Kondensor. Lediglich das Argument des immergierten Kondensors bei NA>1 ist gültig, aber ich muss nochmal betonen dass dessen Immergieren beim DIK-System eigentlich auch vorgesehen ist (siehe Zeiss-Anleitung), und der "bequeme" Nutzer verzichtet ansonsten auf einen nicht zu vernachlässigenden Auflösungsvorteil. Eine Alternative wäre ja auch ein hochaperturiges Trockenobjektiv.

Es hat übrigens niemand gesagt dass schiefe Beleuchtung DIK ersetzen kann, aber umgekehrt wird oft dieses preisgünstige Kontrastverfahren mangels Kenntnissen und nicht optimalen "Bastelanleitungen" schlechter dargestellt als es ist.

Hubert