#1

Freier Arbeitsabstand bei Mikroskop Objektiven

in Hardware 22.11.2017 17:38
von Kurt | 1.602 Beiträge

Hallo

Aus aktuellem Anlass schreibe ich hier etwas viel an Zeilen.
Ich möchte an einem Beispiel zeigen, dass ein Messen der Auflösung bei Objektiven Sinn machen kann.

Seit vielen Jahren verwende ich das Mikroskop Objektiv NIKON M Plan 20/0.4 LWD, 210/0.
Es ist ein Auflicht, endlich Mikroskop Objektiv, betreffend Aberrationen (Abbildungsfehlern) weitgehend "voll auskorrigiert ist
und somit weder auf eine Tubuslinse noch auf ein passendes Okular, das die restlichen Abbildungsfehler korrigiert, angewiesen ist.
Es eignet sich deshalb gut und auf einfache Weise, für eine direkte Projektion auf den Kamera Chip.
20/0.4 LWD bedeutet, es vergrössert 20x, es besitzt eine Apertur (Blende) von 0.4 (rechnerische Auflösung eines Objektes mit 1441 LP/mm.
LWD bedeutet, Long Working Distanz, also freier Arbeitsabstand, er beträgt 6mm.
Mikroskop Objektive besitzen einen Bildkreis der für Kameras mit Crop Faktor 2 geeignet ist.
Dennoch verwende ich Mikroskop Objektive mit Kameras die einen Crop Faktor von 1.5 besitzen, zur Zeit die Nikon D500.
Da ein etwas grösserer Bildkreis genutzt wird, ist die Abbildungsqualität in den Bildecken etwas geringer, sie sinkt bei guten Mikroskop Objektiven,
wie die Nikon MPlans um etwa 30% und leichte CA's sind zu erkennen.
Dies messe ich mit einem ZEISS Auflösungstest-Objekt 3000.
Fertigt man mit dem Objektiv Bilder an (Focus Stacking, bis in die Ecken scharf) ist dieser Auflösungsabfall je nach Objekt nicht als störend zu erkennen.
Ich bin mit dem Objektiv, somit seit Jahren zufrieden.

Im letzten Sommer kaufte ich mir fast das gleiche Objektiv, das NIKON M Plan 20/0.4 ELWD, 210/0 (gleicher Hersteller, gleiche Serie).
Der eigentlich einzige Unterschied ist der freie Arbeitsabstand, er beträgt beim ELWD 10.6mm und lässt somit mehr Freiheit in der Auflicht Beleuchtung zu.
Jetzt im Winter habe ich genügend Zeit, das neue Objektiv auszumessen.
Beide Objektive besitzen eine Apertur von 0.4, somit die gleich hohe Auflösung und eine Schärfentiefe von 0.0034mm.
Diese genau zu treffen geht, doch für Vergleiche ist dies zu ungenau. Deshalb fertige ich über den ganzen Schärfebereich und darüber hinaus Bilder an,
so dass ich bei der Betrachtung dass passendste Bild auswählen kann und ebenfalls fertige ich
von den Bildern mit der höchsten Auflösung einen Stack mit Zerene Stacker zur Beurteilung.
Die Schärfenebene verstelle ich von Bild zu Bild mit 0.0005mm daraus ergeben sich innerhalb der Schärfentiefe etwa 7 Bilder.
Dazu vfotografiere ich das ZEISS Auflösungstest-Objekt 3000.
Als Kamera diente die Nikon D500 im 14Bit RAW Format, Entwicklung mit Photoshop Camera Raw zu 16Bit TIF, die auch mit Zerene Stacker gestackt wurden.
Zur Beleuchtung verwendete ich gedrosselten Blitz, Abbrennzeit ca. 1/20'000 Sekunde um Verwischung auszuschliessen.
In der Bildmitte löst das LWD etwa 5% höher auf, also gerade noch erkennbar, aber unbedeutend und nicht höher, wie meine Messgenauigkeit.
Die Auflösung in der Bildmitte, ist somit bei beiden Objektiven gleich, etwa 1400 LP/mm, was auch den Erwartungen entspricht.
Für mich erstaunlich ist, dass die Auflösung in den Bildecken beim ELWD um einiges höher (etwa 25%) ist,
sie beträgt 1250LP/mm, (beim LWD 1000 LP/mm) und weniger CA's sichtbar sind.


Bildecke mit Nikon D500, NIKON M Plan 20/0.4 LWD, 210/0



Bildecke mit Nikon D500, NIKON M Plan 20/0.4 ELWD, 210/0

Der bei Verwendung von Auflicht, abdunkelnde Durchmesser der Objektive, ist bei beiden gleich (gleiche Fassung im Durchmesser),
jedoch ist der freie Arbeitsabstand des ELWD um 75% höher, entsprechend ist bei gleicher Apertur (gleichem objektseitigen Öffnungswinkel) der Durchmesser der Frontlinse grösser,
dann muss die Brennweite unterschiedlich sein.

Zu beachten ist, dass bei Mikroskop Objektiven mit gleicher Vergrösserung, bei höherem freien Arbeitsabstand,
die Apertur und somit die Auflösung üblicherweise geringer ist.
Bei den Nikon MPlan 20/0.4, ist die Apertur aber gleich.

Meine Messungen und die Ergebnisse, haben für Mikroskopiker nicht unbedingt eine Wichtigkeit,
da sie das Objektiv zur Hauptsache für die Betrachtung von Auge verwenden und den für sie interessanten Bereich eines Objektes in die Bildmitte rücken
und falls sie Bilder anfertigen, eine Kamera mit Crop Faktor 2, oder noch kleinerem Chip verwenden.
Für mich ist das Ergebnis aber wertvoll, denn in Zukunft weisen meine Bilder im Abbildungsmassstab von 20:1
eine erkennbar höhere Auflösung und CA freiere Abbildung in den Bildecken auf.
Dies wird ebenfalls durch die grössere Freiheit in der Beleuchtung unterstützt.

Mit Messungen vergleiche ich Lupen-, Vergrösserungs- und Mikroskopobjektive.
Ich könnte mir vorstellen, dass bei Fotoobjektiven, ebenfalls solche Unterschiede zu erkennen sind,
vor allem dann, wenn sie von unterschiedlichen Herstellern, zu unterschiedlicher Zeit hergestellt wurden.

Ein besseres Bild, ist das Produkt vieler kleinen Optimierungen, die man einzeln oft nicht sieht.

Kurt


__________________________________________________________________________
Ein besseres Bild, ist das Produkt vieler kleinen Optimierungen, die man einzeln oft nicht sieht.
www.focus-stacking.com
www.focus-stacking.ch/Focus_Stacking_PDF.pdf

zuletzt bearbeitet 22.11.2017 17:53 | nach oben springen

#2

RE: Freier Arbeitsabstand bei Mikroskop Objektiven

in Hardware 22.11.2017 18:11
von Adalbert (gelöscht)
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Hallo Kurt,

also der Gewinner im Stacking-Bereich heißt ELWD :-)

Das Thema Messen und Vergleichen haben wir bereits diskutiert.
Dann kam noch die Idee mit dem Testobjekt von BW-Optik.
Damals sind wir so verblieben, dass es schwierig wird Objektive der verschiedenen Anwender zu vergleichen.
Ich würde so gerne wissen, wie mein LU Plan 20x / 0.4 ELWD im Vergleich zu dem M Plan abschneidet.

Danke und Gruß,
ADi

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#3

RE: Freier Arbeitsabstand bei Mikroskop Objektiven

in Hardware 23.11.2017 12:21
von leku | 724 Beiträge

Hallo Kurt,
danke für den Vergleich und den Bericht.


Grüße Leo
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