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thz
Gast
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 thz Verfasst am: 19. Okt 2017 08:42 Titel: Kohärente Kopplung von optischen Einheiten |
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Meine Frage:
Hallo,
ich beschäftige mich aufgrund meiner Masterarbeit aktuell mit der Messung der MTF von Mikroskopobjektiven. Einen Großteil meines Wissens über die MTF-Messung habe ich aus den entsprechenden Normen entnommen, in der auch folgender Satz steht: "Ein sehr nützlicher und wichtiger Aspekt des Konzepts der opt. ÜF ist die multiplikative Eigenschaft der OTF-Komponenten von inkohärent gekoppelten Einheiten."
Rein intuitiv und ohne den Begriff vorher im Zusammenhang mit Objektiven gehört zu haben, denke ich, dass eine inkohärente Kopplung dann vor liegt, wenn man "abgeschlossene" Systeme hintereinander schaltet. Also beispielsweise wenn man zwei unabhängige Objektiv-Systeme hintereinander schaltet. (bspw. bildet Objektiv B das erzeugte Bild von Objektiv A ab)
Hintergrund meines Unverständnisses ist folgende: Ein Mikroskopobjektiv mit unendlich-Optik braucht bekanntlich eine Tubuslinse um ein reales Bild zu erzeugen. Gleichzeitig werden Abbildungsfehler (insb. bei Leica) auch durch die Tubuslinse korrigiert, was eine Verwendung der Tubuslinse von zB Leica mit einem Nikon Objektiv völlig sinnfrei macht.
Den zweiten Punkt habe ich bisher außer acht gelassen und dachte, dass die Tubuslinse für mein Verständnis "inkohärent" mit dem Mikro-Objektiv gekoppelt ist, weil das Zwischenbild nach dem Mikro-Objektiv halt im unendlichen liegt und durch die Tubuslinse aus dem unendlichen ins endliche geholt wird.
Was nun richtig ist, weiß ich allerdings nicht. Ich finde zu dem Begriff einfach nichts nützliches, weil ich immer wieder bei der Kohärenz von Licht raus komme.
Kann mir jemand von euch kurz erläutern, was es mit dem Begriff auf sich hat und/oder Tipps geben, wo ich diesbezüglich etwas nachlesen kann?
Viele Grüße,
Thorsten
Meine Ideen:
s.o.
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thz
Gast
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| thz Verfasst am: 24. Okt 2017 15:35 Titel: |
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Hat wirklich noch niemand von dem Begriff gehört? Das kann ich mir kaum vorstellen 
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Chillosaurus
Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440
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| Chillosaurus Verfasst am: 30. Okt 2017 22:20 Titel: |
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Ich habe den Begriff so auch noch nicht gehört.
Ich habe gelesen, dass man bei Lasern diese Unterscheidung macht:
Inkohärent gekoppelt würde bedeuten mehrere Laserquellen zu kombinieren. Dadurch steigt die Intensität, die Strahlqualität sinkt aber.
Kohärent gekoppelt, würde bedeuten stattdessen nur einen Laserresonator zu verwenden und die Anzahl der Pumpquellen zu erhöhen.
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thz1
Gast
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| thz1 Verfasst am: 28. Nov 2017 10:14 Titel: |
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Nach einigem Hin und Her, glaube ich zu wissen, was damit gemeint ist. (Erklärung nicht theoretisch, sondern aus der Praxis)
Der Begriff der Kohärenz (Laser) ist ja bekannt. Einfache Linsen zerstören die Kohärenz einer Wellenfront bei Brechung nicht (stimmt das?), weil hier nicht Intensitäten, sondern Amplituden übertragen werden. Erst bei Detektion des Lichts durch einen "Elektro-Optischen"-Sensor geht die Kohärenz verloren, weil nur Intensitäten gemessen werden können. Deswegen beeinflusst der Sensor die System-Kontrastübertragungsfunktion (MTF_System).
Wird bspw. eine Linse (Telekonverter bei Fotokameras, Tubuslinse beim Mikroskop) zwischen Objektiv und Sensor eingesetzt, beeinflusst dies die MTF im unkorrigierten Fall nicht, weil die optischen Einsätze die Kohärenz nicht zerstören, da die Amplituden übertragen werden und nicht die Intensitäten. Ergo ist die MTF für dieses System witzlos und es wird die ATF (Amplituden Transfer Function) benötigt. Diese ist über weite Teile der Frequenzen 1 und dann sprunghaft 0. (bei NA/lambda?)
Zum Lesen gibt's hier:
physics.stackexchange .com/questions/247893/what-is-the-shape-of-the-mtf-curve-in-coherent-imaging
telescope-optics.net/mtf2.htm
ocw.mit.edu/courses/mechanical-engineering/2-71-optics-spring-2009/video-lectures/lecture-22-coherent-and-incoherent-imaging/MIT2_71S09_lec22.pdf
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Chillosaurus
Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440
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| Chillosaurus Verfasst am: 28. Nov 2017 21:39 Titel: |
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| thz1 hat Folgendes geschrieben: | | [..] Einfache Linsen zerstören die Kohärenz einer Wellenfront bei Brechung nicht (stimmt das?), |
Ja.
| Zitat: | | weil hier nicht Intensitäten, sondern Amplituden übertragen werden. Erst bei Detektion des Lichts durch einen "Elektro-Optischen"-Sensor geht die Kohärenz verloren, weil nur Intensitäten gemessen werden können. |
Nein, das Licht wird absorbiert. Das hat mit der Kohärenz nichts zu tuen. Der Sensor Misst die Intensitätsverteilung. Die ist unterschiedlich in Abhängigkeit der Kohärenz der Lichtquelle.
| Zitat: | | Deswegen beeinflusst der Sensor die System-Kontrastübertragungsfunktion (MTF_System). |
Vor allem aus einem anderen Grund: Der CCD-Chip (oder welcher Sensor genutzt wird) hat eine endliche Ausdehnung und eine endliche Pixel-Größe. Daraus ergeben sich Limitierungen für die Ortsfrequenzen, die abgebildet werden können.
| Zitat: |
Wird bspw. eine Linse (Telekonverter bei Fotokameras, Tubuslinse beim Mikroskop) zwischen Objektiv und Sensor eingesetzt, beeinflusst dies die MTF im unkorrigierten Fall nicht, |
Natürlich beeinflusst eine Linse die MTF! Was meinst du mit "unkorrigiert"
| Zitat: | | weil die optischen Einsätze die Kohärenz nicht zerstören, da die Amplituden übertragen werden und nicht die Intensitäten. Ergo ist die MTF für dieses System witzlos und es wird die ATF (Amplituden Transfer Function) benötigt. Diese ist über weite Teile der Frequenzen 1 und dann sprunghaft 0. (bei NA/lambda?) |
Nee, wenn du eine inkohärente Lichtquelle betrachtest und dich für die Intensitätsübertragung interessierst, dann ist die MTF ein besonders gutes Kriterium zur Beurteilung der Abbildungsqualität.
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thz
Anmeldungsdatum: 28.11.2017
Beiträge: 8
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| thz Verfasst am: 08. Dez 2017 17:49 Titel: |
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| Chillosaurus hat Folgendes geschrieben: |
Nein, das Licht wird absorbiert. Das hat mit der Kohärenz nichts zu tuen. Der Sensor Misst die Intensitätsverteilung. Die ist unterschiedlich in Abhängigkeit der Kohärenz der Lichtquelle. |
Ja, da hast du recht, aber ich meine es anders:
Würde ich das detektierte Bild erneut projizieren, hätte ich keinerlei Zusammenhang mehr mit der optischen Abbildung. Das heißt, die Kohärenz wäre zerstört. Das ist bspw. wichtig bei opto-elektronischen Verstärkern (wie sie in der Norm genannt sind)
| Chillosaurus hat Folgendes geschrieben: | | Vor allem aus einem anderen Grund: Der CCD-Chip (oder welcher Sensor genutzt wird) hat eine endliche Ausdehnung und eine endliche Pixel-Größe. Daraus ergeben sich Limitierungen für die Ortsfrequenzen, die abgebildet werden können. |
Ja, da hast du auch recht, aber darauf wollte ich nicht raus. (Im Anhang ein Vergleich der MTF für 3 verschiedene Objektive und zwei verschiedene Kameras. Die ältere Kamera (mit niedriger max. Ortsfrequenz, UI-1240M) liegt immer unter der neueren Kamera, damit muss da auch anderweitig etwas rein spielen, was in meinem Fall relevanter ist. 
| Chillosaurus hat Folgendes geschrieben: | Natürlich beeinflusst eine Linse die MTF! Was meinst du mit "unkorrigiert"
[...] Nee, wenn du eine inkohärente Lichtquelle betrachtest und dich für die Intensitätsübertragung interessierst, dann ist die MTF ein besonders gutes Kriterium zur Beurteilung der Abbildungsqualität. |
Das keine Abbildungsfehler korrigiert sind.
Aber nein, ich glaube das ist anders: Das Mikroskopobjektiv projiziert ein Bild ins Unendliche. Das Bild leuchtet nun kohärent. Dieses sieht die Tubuslinse und für eine kohärente Lichtquelle ist die Übertragungsfunktion bis f_Grenz/2 1, danach sprunghaft 0. (= Amplitudentransferfunktion)
Objektiv und Tubuslinse sind von den Dimensionen (f_Grenz_Tubuslinse) so aufeinander abgestimmt, dass f_Grenz_Tubus/2 mit f_Grenz_Objektiv zusammenfällt. Anders kann ich es mir nicht erklären, dass die MTF (im Anhang) so aussieht, wie sie aussieht.
(Die Über- und Unterschwinger rühren vmtl. durch die schlechte Dynamik des Sensors her, der damit die höheren Beugungsringe des gar nicht mehr detektiert und damit TP filtert)
| Beschreibung: |
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Chillosaurus
Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440
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| Chillosaurus Verfasst am: 09. Dez 2017 11:01 Titel: |
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| Zitat: | [...]
Dieses sieht die Tubuslinse und für eine kohärente Lichtquelle ist die Übertragungsfunktion bis f_Grenz/2 1, danach sprunghaft 0. (= Amplitudentransferfunktion) |
Welche Übertragungsfunktion OTF, MTF, Amplitudentransfer... die sind nicht identisch!
| Zitat: |
Objektiv und Tubuslinse sind von den Dimensionen (f_Grenz_Tubuslinse) so aufeinander abgestimmt, dass f_Grenz_Tubus/2 mit f_Grenz_Objektiv zusammenfällt. Anders kann ich es mir nicht erklären, dass die MTF (im Anhang) so aussieht, wie sie aussieht. [...] |
Auf den Bildern sind ganz normale MTF-Kurven abgebildet. Die Systeme scheinen nicht sehr weit von der Beugungsbegrenzung entfernt zu sein. Es ist möglich, dass die MTF mit einer nicht inkohärenten Lichtquelle aufgezeichnet worden. Dann hat man nicht mehr die beinahe Dreiecksform - sollte aber eigentlich auch nicht mehr von einer MTF sprechen.
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thz
Anmeldungsdatum: 28.11.2017
Beiträge: 8
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| thz Verfasst am: 09. Dez 2017 11:18 Titel: |
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| Chillosaurus hat Folgendes geschrieben: | | Zitat: | [...]
Dieses sieht die Tubuslinse und für eine kohärente Lichtquelle ist die Übertragungsfunktion bis f_Grenz/2 1, danach sprunghaft 0. (= Amplitudentransferfunktion) |
Welche Übertragungsfunktion OTF, MTF, Amplitudentransfer... die sind nicht identisch! |
Wie gesagt: Amplitudentransferfunktion. (s. 3. Link oben) Zu 100% sicher bin ich mir da aber selber nicht.
[quote="Chillosaurus"] | Zitat: | | Auf den Bildern sind ganz normale MTF-Kurven abgebildet. Die Systeme scheinen nicht sehr weit von der Beugungsbegrenzung entfernt zu sein. Es ist möglich, dass die MTF mit einer nicht inkohärenten Lichtquelle aufgezeichnet worden. Dann hat man nicht mehr die beinahe Dreiecksform - sollte aber eigentlich auch nicht mehr von einer MTF sprechen. |
Danke! Die Lichtquelle sollte inkohärent sein, weil ein Diffusor vorgeschaltet ist. Allerdings ist die MTF nicht immer dreieckig. Die Form hängt ja stark von der verwendeten Blende ab, was sich z.B. die Super Resolution Microscopy zu nutze macht, in dem nochmal ein Schatter in die kreisförmige Blende eingesetzt wird. Damit lässt sich die Auflösung zu hohen Frequenzen nochmal erhöhen.
(aber ja, du hast recht: Es ist nicht die MTF die man erwarten würde, aber ich nehme an, das liegt am Sensor. Mit den Bildern wollte ich aber nur verdeutlichen, dass der Sensor eine eigene MTF hat, und nicht nur die Grenzfrequenz beeinflusst)
Danke auf jeden Fall für deine Bereitschaft zu antworten. Das freut mich ungemein. 
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Chillosaurus
Anmeldungsdatum: 07.08.2010
Beiträge: 2440
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| Chillosaurus Verfasst am: 09. Dez 2017 11:27 Titel: |
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Ich finde an den Bildern nichts ungewöhnlich.
Dass der Sensor die MTF beeinflusst kann sein, halte ich aber für eher unwahrscheinlich, sofern er richtig dimensioniert ist.
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