Stemi 2000 C und Canon 500

[carsten slotta]

Hallo,

muss mich korrigieren bezüglich der NA des Objektives Zeiss Apo 3.5 Mono, siehe unten.

Guten Tag Herr Slotta,

bei höchster Zoomstufe beträgt die Apertur des Objektivs PlanApo S 3,5 mono NA=0,5. Gemäß Rayleigh-Kriterium beträgt die Auflösung bei dieser Apertur 1500 LP/mm, die Sie ja auch gesehen haben. Die Breite eines LP (Auflösung) beträgt somit 0,66 µm, die halbe Breite eines LP (kleinste aufgelöste Objektstruktur) beträgt 0,33 µm.

Mit freundlichen Grüßen
Dr. Gerhard Möller
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Dr. Gerhard Möller
Product Center Light Microscopy
Produktmanager Digitale Mikroskopie
Unternehmensbereich Microscopy
Carl Zeiss Microscopy GmbH
ZEISS Gruppe
Carl-Zeiss-Promenande 10
07745 Jena

[carsten slotta]

Trotzdem kannst du die Physik nicht überlisten, ich Wette mit dir ein Kasten Freiberger das das Mitutoyo M Plan APO 20x 0,42 höher bei 20x auflöst als dein Zeiss.

Hallo Sebastian,

wann schickst du die Kiste Freiberger? Bin schon gespannt wie das Bier schmeckt! 

Viele Grüße

Carsten

[Sebastian]

Hallo,
Gut gut, dein Kasten bekommst du. Müssen wir mal
Besprechen wie und wo 
Aber mich würde interessieren wie stark du vergrösserst bei na 0,5. Es kann nämlich sein das die Na bei wesentlich höherer Vergrößerung eingesetzt wird, bei 20x aber noch eine Kleinere (Auf Kamerasensor bezogen). Egal wie, den Kasten bekommst du 
Beste Grüße in den Schwarzwald,
Sebastian

[joy]

Danke Carsten,

es war eigentlich klar, dass deine Aufnahmen des Testobjekts richtig sein müssen.

Interessant dass S. Wolfsried wohl nie das 3,5 Mono getestet hat. Vielleicht schreckt das Wort Mono erstmal ab. Mir ging als erstes monochromatisch durch den Kopf als ich die Bezeichnung gelesen habe.

Jetzt wissen wir auch die NA. Übrigens ist das ein ziemlich guter Arbeitsabstand, der wohl auch dem Linsendurchmesser geschuldet ist.

[carsten slotta]

Hallo Sebastian,

also die höchste Zoomstufe beim Zeiss V 20 mit 10er Okkularen entspricht Mag. 525-fach. Wobei ich sagen muss, dass mein vielleicht subjektiver Eindruck ein anderer ist, nämlich dass das Auflösungsmaximum irgendwo im mittleren Vergößerungsbereich liegt. Mir scheint als ob da das Bild einfach mehr Detailinformationen pro Fläche bietet.

Viele Grüße

Carsten

[etalon]

Hallo zusammen,

klasse, da tut sich ja richtig was!

Da ich gerade mit dem Tablet schreiben muss, jetzt ohne Zitate:

Martin, das was Du schreibst sehe ich genau so. Nach der letzten Auseinandersetzung wollte ich diese Detailtiefe vermeiden. Daher habe ich versucht, den reinen wellenoptischen Ansatz ohne Berücksichtigung der PSF des Gesamtsystems anzusetzen, da Letzteres die Auflösung eigentlich meistens nur schlechter macht (abhängig von der Ortsfrequenz). Wenn also schon der wellenoptische Ansatz über die Abbesche Bildentstehung im Fourierraum die angegebene Auflösung nicht nachvollziehen lässt, dann wird das mit der PSF auch nicht gelingen...

Carsten, klasse dass Du mal bei Zeiss nachgefragt hast! Im Rahmen der Raylighschen Auflösung (bzw. der Mikroskopauflösung nach Helmholtz, Rayligh gilt eigentlich eher für Teleskope), komme ich mit einer NA von 0,5 auch auf die von Zeiss angegebene Auflösung von d=0,61*0,55/0,5=0,67my. Was ich dabei nicht ganz verstehe ist, warum Zeiss als Auflösungsgrenze ein Linienpaar angibt, obwohl die kleinste auflösbare Struktur ja zwei Linien mit 0,33my Abstand sind? Weiters gilt die Formel eigentlich nur für die Trennung zweier selbstleuchtender Strukturen (wie man es z.B. In der Fluoreszenzmikroskopie hat), also mit maximalem Kontrastunterschied. Aber vielleicht kommen die schwarz/weißen Linien dem ja so nahe, dass diese Formel funktioniert... Wenn ich nun aber die Auflösung nach der Abbeschen Theorie der Fourieroptik rechne, dann komme ich für parallele Beleuchtung immer noch auf 1,1my max. Auflösung mit NA 0,5. Wie das zusammen geht, weiß ich auch noch nicht, aber wir nähern uns dem Ziel... 

Joy, die Komplexität der Optik ist für die NA und damit ihrer Auflösungsfähigkeit erst mal nicht relevant. Das kommt dann bei der Betrachtung der PSF zum Tragen...
Carstens Bild des Zeisstarget stand nie in Zweifel, nur die dazu gelieferten Parameter... 

Grüße Markus

EDIT: Rechtschreibung

[carsten slotta]

Wenn ich nun aber die Auflösung nach der Abbeschen Theorie der Furieroptik rechne, dann komme ich für parallele Beleuchtung immer noch auf 1,1my max. Auflösung mit NA 0,5. Wie das zusammen geht, weiß ich auch noch nicht, aber wir nähern uns dem Ziel... 

Hallo Markus,

irgendwas kann da nicht stimmen, denn für das Mitu Plan Apo 20 x wird eine NA von 0,42 und eine Auflösung von 0,7 angegeben. Siehe Link.

https://www.edmundoptics.de/microscopy/infinity-corrected-objectives/20x-mitutoyo-plan-apo-infinity-corrected-long-wd-objective/

Grüße
Carsten

[etalon]

Hallo Carsten,

doch, nach der selben Formel (Auflösung nach Helmoltz), wie Zeiss rechnet, kommst Du bei Verwendung einer entsprechenden Wellenlänge (die wird ja nicht mit angegeben) auf 0,7my.

Nur mit der Auflösung nach Abbe haut es wieder nicht ganz hin...

Grüße Markus

[etalon]

Hallo zusammen,

ich versuche gerade immer noch, die Auflösung nach Helmholtz und Abbe zusammen zu bringen. Wäre es denkbar, dass Helmholtz nur für einfache, evtl. periodische Strukturen gilt, welche einen extremen Kontrastunterschied aufweisen, Abbe dagegen die Auflösung unter allen Bedingungen (quasi im "echten Leben") wieder gibt? Was meint ihr?

Grüße Markus

[Lynx]

Hallo Markus

im Wikipediaeintrag zu "Auflösungsvermögen" sind die Unterschiede ganz gut erklärt .-

Gruß, Martin

[etalon]

Hallo Martin,

Da steht doch nichts anderes, als ich hier schon geschrieben habe. Mir geht es eher um die Anwendbarkeit der verschiedenen Ansätze, also wann nehme ich sinnvollerweise welche Formel, um einen Sachverhalt zu beschreiben...

Grüße Markus

[Lynx]

Hallo Markus

Beides sind Modelle unter speziellen Annahmen. In einer realen Situation hast Du typischerweise keine kohärente Beleuchtung und keine periodische Struktur. Dafür hast Du ortsabhängig Unterschiede im Kontrast (dunkler Kristall auf hellem Hintergrund aber daneben feinste weiße Nadeln auf eben diesem hellen Hintergrund), Rauschen (auch im uneigentlichen Sinn, dass Du einen starken Signaluntergrund und darauf nur wenig Modulation hast), limitierte Signalaufzeichnung, Abbildungsfehler etc.
Das leistet keine der Formeln - dadurch variiert aber in einer konkreten Aufnahmesituation die erzielbare Auflösung im Bild ortsabhängig.

In einer realistischen Aufnahmesituation geht auch die Belichtungsdauer ein (das hängt dann wiederum mit der Kontrastdynamik zusammen), die Stabilität des mechanischen Aufbaus etc.

Dazu kommt bei der digitalen Fotografie die Softwareeigenarten und beim Stacking noch spezifischen Probleme, welcher Bildteil von der Software weiter verrechnet wird.

Dann sehen wir am Ende ein gestacktes Bild, jeder auf seinem (kalibrierten?) Monitor (die einen mit Brille und die anderen ohne) und diskutieren über die gesamte Abbildungsqualität. Da liefert die Auflösung nur einen beschränkten Beitrag zum Gesamtergebnis.

Wenn dazugesagt wird, welche Begriff verwendet wurde, passt es. Die reale Situation komplett erfasst keine der beiden Begriffe(1,2).

Gruß, Martin


Anmerkungen
(1) Beide Formeln sind nur Schätzer(!): nachdem die Auflösung eines optischen Systems mindestens  orts-, kontrast- und wellenlängenabhängig ist und reale Objekte ausgedehnt, strukturiert und bunt sind, bräuchte es mathematisch deutlich mehr Aufwand, dafür Formeln anzugeben. Oder man müht sich mit dem entsprechenden (ebenso aufwendigen) Formalismus der point spread function.

(2) Der Begriff "Auflösung" hängt vom Zweck und vom Kontext ab. Es gibt eine Reihe abweichender Definitionen: Kantenauflösung, Auflösungsbegriffe definiert an Abbildungsensembles (aus der Elektronentomograpie), entropisch begründete Auflösungsbegriffe etc.



Grüße, Martin


Edit
Für ein Kundenprojekt hatten wir damals versucht, 3D-Bilder aus der Multiphotonenmikroskopie zu invertieren, d.h. via inverser Transferfunktion auf das reale (nanostrukturierte) Objekt zurückzurechnen. Theoretisch geht das unter einigen Annahmen und Randbedingungen dann, wenn das Abbildungssystem (die Optik incl. Bildaufzeichnung) als lineares System beschreibbar ist. Im Zuge dessen zeigte sich, was ich damit meine: beide Formulierungen sind nur Modelle.

[etalon]

Hallo Martin,

da hast Du mit allem völlig recht. Allerdings wird ja anscheinend die PSF des V20 (also Gesamtsystem incl. Kamera), welches Carsten benutzt, sehr gut durch die Helmholtzsche Auflösung angenähert, sonst hätte sein Bild nicht die damit errechnete Auflösung wiedergeben dürfen. Es dürften zumindest bei sehr hochwertigen Systemen (wie in diesem Fall) in der vis-Mikroskopie die Abberationen durch das Gesamtsystem gegenüber der alleinigen Betrachtung der Auflösung eher vernachlässigbar sein (schon klar, dass das nicht grundsätzlich gilt).

Meine Überlegung war jetzt dahingehend, ob das nur für diesen Extremfall der hohen Kontrastunterschiede und einfacher Strukturen des Testtarget so ist, und möglicherweise eine komplexe Objektstruktur mit wenig Kontrasten aus den von Dir angeführten Gründen eher mit der Abbe-Formel besser angenähert werden kann, oder ob das eher nicht geht?

In obigem Beispiel bin ich ja mit der Abbeschen Näherung an die Sache heran gegangen, und konnte damit weder die Bildergebnisse, noch die Angaben von Zeiss nachvollziehen. Es sollte also schon eine Grundlage geben, anhand der man entscheiden kann, mit welcher Näherung ein Problem geeigneter beschrieben werden kann, wenn man nicht gleich eine komplette PSF rechnen will/kann? Wahrscheinlich kann man sich dieser aber nur empirisch mit verschiedenen Vergleichsaufnahmen unterschiedlicher Objektstrukturen am selben Gerät nähern...

Grüße Markus

EDIT: Text hinzugefügt

[Lynx]

Hallo Markus

Carsten betreib das Mikroskop als "klassisches" Mikroskop und nicht al Stereomikroskop - daher zu Recht die hohe NA und die tolle Abbildungsqualität. Das Testmuster hat großen Kontrast und liegt zentrisch. => Die so ermittelte Auflösung liegt gut beim Helmholtz-Wert. Und beschreibt sozusagen das "Gerät ohne Probe"
In einem realen Bild wird es kompliziert - da ist es schwierig überall die real erzielte Auflösung anzugeben. Wenn man möchte könnte man das lokal versuchen und landet dann ggf. vielleicht eher bei Abbe. ABER eben nur vielleicht - vermutich gibt es dann etwas, was zwischen den Beschreibungen vermittelt. Weil aber die Formeln lediglich zwei "Betriebszustände" desselben Geräts beschreiben kann man durchaus die Ansicht vertreten, dass beide anwendbar sind (wenn man dazu sagt was man meint).

Insofern (damit Du wieder ruhig schlafen kannst) - nimm Helmholtz...

Gruß, Martin

"Linienpaare" meint im übrigen die periodische Struktur "Kante zu Kante" =Linie+Zwischenraum (oder "Mitte zu Mitte"...) - und für eine Auflösungsdefinition im Sinne von Rayleigh brauchst Du zwei Linien (ansonsten hast Du eine Kantenauflösung gemessen)

[etalon]

Hallo Martin,

Carsten betreib das Mikroskop als "klassisches" Mikroskop und nicht al Stereomikroskop - daher zu Recht die hohe NA und die tolle Abbildungsqualität.

Ja, das habe ich schon verstanden, ist für meine Frage auch unerheblich.

Insofern (damit Du wieder ruhig schlafen kannst) - nimm Helmholtz...

Es freut mich ja, dass Du Dich um meine Nachtruhe sorgst, aber wenn ich meiner Frau Glauben schenken darf, dann schlafe ich eher zu gut...
Aber ich habe schon verstanden, da ich wohl der Einzige bin, den das interessiert, beenden wir das Thema hier.

Danke für die Denkanstöße...

Grüße Markus