Objektivporträt
HLB M Planapo 10x
Das HLB Plan Apo 10x ist ein Mikroskopobjektiv für metallurgische Anwendungen. Ein Test soll zeigen, wie gut es sich für den Focus-Stacking-Einsatz ohne Fachmikroskop eignet.
Das Objektiv
Das HLB Plan Apo 10x ist ein Objektiv, das für die Metallurgie konzipiert wurde. Es ist Teil einer Objektivserie mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben, die aber alle parfokal sind, also die gleiche Gesamtlänge von Gehäuse und Arbeitsabstand aufweisen. Auch der Gehäusedurchmesser ist weitgehend identisch, was insbesondere bei dem geringen Abbildungsmaßstab von 2x im Frontlinsenbereich schwierig war. Der Vorteil dieser Parfokalität ergibt sich allerdings primär beim Einsatz an Spezialmikroskopen, weil hier der für alle Objektive passende Kameraauszug mechanisch hergestellt wird, oft mit fest verbauter Tubuslinse.
Ein großer Arbeitsabstand ist für viele Anwendungen in der Metallurgie Voraussetzung, nicht zuletzt, weil das Licht hier von der Seite her kommen muss. Das ist ein weiterer, sehr wesentlicher Unterschied zu den meisten Mikroskopobjektiven, die primär für Laborzwecke produziert wurden (Medizin, Biologie u. a.), denn dort wird meist mit Durchlicht gearbeitet, was einen langen Arbeitsabstand entbehrlich machte, mithin sogar störend.
An sich wurde das HLB Plan Apo 10x für den Einsatz an speziellen Mikroskopen geschaffen, doch der lange Arbeitsabstand ist ideal für den Einsatz auf einem Focus-Stacking-Setup, indem es zusammen mit der erforderlichen Tubuslinse auf eine Kleinbildkamera gesetzt wird. Durch den gewaltigen Arbeitsabstand ist die Lichtführung zur Beleuchtung des Objekts sehr einfach.
Das HLB Plan Apo 10x ist Teil einer parfokalen Objektivserie mit identischem Gehäusedurchmesser
Der Hersteller
Hersteller ist die japanische Firma Shibuya Optical, die Objektive für zahlreiche Fachbereiche herstellt, Spezialmikroskope sowie Zubehör und viele weitere optische Instrumente. Nach Europa importiert werden die Objektive von der Firma Rainer Ernst-Feinwerktechnik (www.stonemaster.eu).
Vorbildhaft war vermutlich eine Objektivserie der japanischen Firma Mitutoyo, die ebenfalls parfokal ist und mit ihrem langen Arbeitsabstand sowie der extrem hohen Abbildungsqualität Standards setzte, allerdings zu sehr hohen Preisen. Die Objektivserie von HLB zählt zu den Konkurrenzprodukten mit ähnlichen Eigenschaften, und manche dieser Objektive sind auch qualitativ mit Mitutoyo vergleichbar, z. B. das HLB Plan Apo 20x, dann aber bei ebenfalls hohem Anschaffungspreis. In dieser HLB-Serie finden sich allerdings auch deutlich preisgünstigere Objektive, die gerade einmal die Hälfte dessen kosten, was für ein Mitutoyo M Plan Apo zu veranschlagen ist.
Aus China sind ebenfalls zahlreiche Mitutoyo-Nachbauten erhältlich, die dem japanischen Original vielfach zum Verwechseln ähnlich sehen und sehr viel billiger sind, doch man sollte von der Ähnlichkeit nicht auf eine vergleichbare Abbildungsleistung schließen.
Das hier porträtierte Objektiv stellte mir die Firma Rainer Ernst-Feinwerktechnik (Hersteller der Stonemaster-Produkte) für den Test zur Verfügung.
Technische Daten
Abbildungsmaßstab 10x
Numerische Apertur 0,28
Unendlichoptik (Tubuslinse nötig)
kompatible Tubuslinsenbrennweite 200 mm
Gewindedurchmesser und Steigung M26 x 0,706
Gewicht 190 g
Gehäuselänge 61 mm
Gehäusedurchmesser 34 mm
Parfokaldistanz (Gehäuselänge plus Arbeitsabstand) 95 mm
Brennweite 20 mm
Arbeitsabstand 34 mm
Auflösung 0.98 µm
Schärfentiefe 3.5 µm
Die Abbildungsleistung – Tubuslinse 208 mm
Die folgenden Testbilder geben die Abbildungsleistung des Objektivs wieder. Das erste zeigt eine Übersichtsaufnahme (Vollformatsensor) mit der Tubuslinse Raynox DCR 150, so dass annähernd die Nominalvergrößerung von 10x entsteht. Die beiden anschließenden Bilder enthalten jeweils einen vergrößerten Ausschnitt.
Testbild mit Nominalvergrößerung (DCR 150), mit Rahmenmarken für die nachfolgenden Ausschnittsvergrößerungen – recht gute Schärfe, keine sichtbare Randabdunklung, frei von chromatischen Aberrationen, Verzerrung im Randbereich kaum wahrnehmbar
In der zentralen Ausschnittsvergrößerung gute und gleichbleibende Detailschärfe, frei von chromatischen Aberrationen oder Verzerrungen
In der eckständigen Ausschnittsvergrößerung ist die abnehmende Detailschärfe deutlich zu erkennen, die Strukturen werden weicher. In den Ecken zeigt sich auch eine leichte kissenförmige Verzerrung.
Das Testbild des HLB Plan Apo 10x (NA 0,28) bei nahezu idealer Tubuslinsenbrennweite von 208 mm zeigt eine insgesamt sehr überzeugende Abbildungsleistung auf dem Vollformatsensor.
Zentrum
Im Zentrum liefert das Objektiv eine hervorragende Detailwiedergabe: Feine Leiterbahnen, enge Strukturen und mikroskopisch kleine Elemente des Testmusters erscheinen klar voneinander getrennt, mit hoher Schärfe und sehr gutem Mikrokontrast. Die Auflösung wirkt differenziert und die Helligkeitsverteilung harmonisch, ohne nennenswerte Überstrahlung oder Kontrastabfall.
Erweitertes Zentrum
Im erweiterten Zentrum bleibt das Niveau weitgehend erhalten. Die Zeichnung ist auch hier fein und plastisch, nur minimale Kontrastverluste sind erkennbar, die aber im praktischen Einsatz kaum ins Gewicht fallen. Strukturen behalten ihre Trennschärfe, und es sind keine störenden Farbfehler oder Aberrationen sichtbar.
Randzone
In der Randzone zeigt sich ein sanfter Leistungsabfall. Die Linien werden etwas weicher, der Mikrokontrast nimmt ab, und es beginnt eine leicht wahrnehmbare Detailkompression. Dennoch bleibt die Abbildung gut nutzbar – besonders im Vergleich zu vielen anderen Objektiven in diesem Vergrößerungsbereich auf Vollformatsensor. Es ist kein abrupter Schärfeverlust zu beobachten, sondern ein allmählicher Übergang, was für eine sehr gute optische Korrektur spricht.
Beurteilung
Das HLB Plan Apo 10x liefert bei korrekter optischer Konfiguration eine hochklassige Bildqualität – mit exzellenter Schärfe im Zentrum, solider Leistung in der erweiterten Mitte und einem kontrollierten, relativ milden Randabfall. Für Focus-Stacking-Anwendungen auf Vollformat ist es damit ein leistungsfähiges Werkzeug, das sich qualitativ durchaus in der Nähe seiner teureren Mitbewerber wie Mitutoyo bewegt. Die hohe numerische Apertur von 0,28 wird sichtbar in der feinen Auflösung und dem ausgewogenen Kontrastverlauf umgesetzt.
Die Abbildungsleistung – Tubuslinse 125 mm
Das folgende Testbild ist eine weitere Übersichtsaufnahme, allerdings mit der Tubuslinse Raynox DCR 250, was den Abbildungsmaßstab auf ca. 6,25 reduziert (statt 10x). Einige metallurgische Mikroskopobjektive aus der HLB-Serie tolerieren diese Vorgehensweise, wenngleich auch nicht alle im gleichen Maß, und der Test soll zeigen, welche qualitativen Abstriche damit beim Mitutoyo M Plan Apo 10x zu erwarten sind.
Testbild mit DCR 250: Mit dieser geringeren Tubuslinsenbrennweite wird ein kleinerer Abbildungsmaßstab erzeugt. Bei dieser Kombination (für die das Objektiv allerdings nicht konzipiert wurde!) ist die kissenförmige Verzerrung erheblich stärker als bei Nominalvergrößerung.
In der zentralen Ausschnittsvergrößerung nimmt die Detailschärfe vom Zentrum zu Rand etwas ab.
In der eckständigen Ausschnittsvergrößerung nehmen die Verzerrung und die Unschärfe zur Ecke hin dramatisch zu, so dass im Randbereich etwa ein Drittel der Gesamtbildfläche unbrauchbar sein dürfte.
Das Testbild zeigt die Leistung des HLB Plan Apo 10x (NA 0,28) bei nicht optimaler Konfiguration: Es wurde mit einer Tubuslinse von 125 mm betrieben, obwohl das Objektiv für 200 mm ausgelegt ist – mit spürbarem Einfluss auf die Bildqualität, vor allem im Zusammenspiel mit einem Vollformatsensor.
Zentrum
Im Zentrum bleibt die Abbildungsleistung trotz der geänderten Konfiguration auf gutem Niveau. Die feinen Leiterstrukturen des Testobjekts sind noch gut getrennt, die Linienführung ist differenziert, wenn auch sichtbar weicher als bei optimaler Brennweite. Der Mikrokontrast ist reduziert, Graustufen wirken leicht abgeflacht, und es fehlt an der klaren Zeichnung, die das Objektiv bei 200 mm Tubuslinsenbrennweite gezeigt hat.
Erweitertes Zentrum
Im erweiterten Zentrum nehmen diese Effekte zu. Einzelne Strukturen beginnen zu verschmelzen, und es zeigen sich erste Anzeichen von sphärischer Aberration – die Abgrenzung kleiner Flächen verliert an Präzision. Auch feine Kanten wirken insgesamt weicher, was auf eine sinkende effektive numerische Apertur bei reduziertem Abbildungsmaßstab zurückzuführen ist.
Randzone
In der Randzone ist der Qualitätsverlust deutlich. Die Abbildung ist hier sichtbar weich, der Kontrastabfall beträchtlich. Details sind noch zu erkennen, aber teils nur verschwommen oder mit lokalem Helligkeitsverlust. Besonders im rechten Randbereich wirkt das Bild optisch gestaucht und leicht verzeichnend – möglicherweise eine Folge der Bildfeldwölbung in Verbindung mit der ungewöhnlichen Strahlführung.
Beurteilung
Der Einsatz des HLB Plan Apo 10x mit nur 125 mm Tubuslinsenbrennweite ist aus optischer Sicht nicht zu empfehlen – zumindest nicht auf einem Vollformatsensor. Die zentrale Schärfe bleibt brauchbar, aber in der erweiterten Mitte und vor allem am Rand zeigt sich das Objektiv deutlich überfordert. Ursache ist der verringerte Abbildungsmaßstab mit all seinen Folgen: sinkende effektive Apertur, geänderte Hauptstrahlverhältnisse, verstärkte Feldwölbung. Für Anwender, die auf Bildhomogenität und feine Detailzeichnung angewiesen sind, ist eine Tubuslinse mit 200 mm Brennweite hier eindeutig vorzuziehen.
Vergleich HLB M Plan Apo 10x – Mitutoyo M Plan Apo 10x
Der direkte Vergleich mit dem Mitutoyo M Plan Apo 10x zeigt, dass das HLB M Plan Apo 10x diesem extrem hochwertigen und scharf abbildenden Objektiv nur leicht unterlegen ist, zumindest beim Einsatz einer Tubuslinsenbrennweite von rund 200 mm.
Das HLB M Plan Apo 10x zeigt im Vergleich mit dem Mitutoyo M Plan Apo 10x, was es kann, und unten sind beide im direkten Vergleich nebeneinander zu sehen
Im direkten Vergleich zwischen dem HLB M Plan Apo 10x (links) und dem Mitutoyo M Plan Apo 10x (rechts) zeigen sich klare, wenn auch nicht dramatische Unterschiede in der Abbildungsleistung – vor allem im Mikrokontrast, der Detailtrennung und der visuellen Homogenität auf einem Vollformatsensor.
Das HLB-Objektiv bietet im Zentrum und erweiterten Zentrum eine insgesamt saubere, gleichmäßige Darstellung. Die Linienführung bleibt stabil, feine Strukturen werden ordentlich differenziert. Dennoch wirkt das Bild leicht weicher: Der Mikrokontrast ist reduziert, was sich vor allem in dichter strukturierten Bereichen bemerkbar macht – das Bild erscheint insgesamt etwas flacher, weniger knackig. Die Randleistung bleibt brauchbar, fällt jedoch in ihrer Präzision leicht ab. Eine relevante Bildfeldwölbung ist nicht zu erkennen.
Das Mitutoyo hingegen liefert in nahezu allen Bereichen eine sichtbar höhere Präzision. Feinstrukturen sind klarer getrennt, dunkle Zonen wirken satter, Übergänge zwischen hell und dunkel deutlich konturierter. Auch der Bildeindruck bleibt über das gesamte Feld hinweg homogener. Besonders in kritischen Zonen – etwa bei hoher Liniendichte oder schwach kontrastierenden Elementen – ist die Überlegenheit spürbar.
Beurteilung
Das HLB M Plan Apo 10x überzeugt mit solider optischer Leistung und bietet eine interessante Option für hochauflösende Makrofotografie am Vollformatsensor – insbesondere, wenn Preis und Leistung in Relation gesetzt werden. Im direkten Vergleich bleibt das Mitutoyo M Plan Apo 10x allerdings sichtbar überlegen: kontrastreicher, präziser und gleichmäßiger über das gesamte Bildfeld hinweg. Für Anwendungen mit höchsten Anforderungen an Mikrokontrast und Feinauflösung ist das Mitutoyo die erste Wahl. Das HLB bleibt jedoch eine ernstzunehmende Alternative – vor allem für ambitionierte Anwendungen mit begrenztem Budget.
Die Abbildungsleistung – Tubuslinse 200 mm, Mikroprozessor
Sehr filigrane Strukturen besitzt ein winziger Mikroprozessor, der für die Elektronik von Handys vorgesehen war. Seine Kantenlänge liegt bei nur 3 x 3 mm, und seine Aufnahme zeigt nicht nur die Schärfeleistung bzw. Detailerfassung eines Objektivs, sondern auch die Farbwiedergabe.
Der Test mit dem Mikroprozessor zeigt relativ gute Schärfeleistung und Farbwiedergabe, und der Bildausschnitt von etwa einem Millimeter Breite (unten) zeigt die Qualität im Detail
Die Übersichtsaufnahme (erstes Bild) macht deutlich, wie gut das Objektiv in der Lage ist, eine größere Strukturfläche gleichmäßig und scharf abzubilden – und das auf einem Vollformatsensor. Die äußeren Bondpads und die komplexen inneren Strukturen bleiben klar unterscheidbar. Es fällt auf, dass selbst in dieser weiten Darstellung keine relevanten Randverzerrungen oder erkennbare Bildfeldwölbung sichtbar werden. Das spricht für eine gute Korrektion des Objektivs – insbesondere im Hinblick auf die planparallele Schärfenebene, die für die Mikrofotografie essenziell ist.
Die zweite Aufnahme, eine Ausschnittsvergrößerung aus dem rot markierten Bereich, zeigt dann das volle Potenzial des Objektivs im Detail. Die Abbildung ist weitgehend gleichmäßig scharf, die Leiterbahnen sind deutlich voneinander getrennt, und die hohe Strukturdichte wird differenziert aufgelöst. Es zeigen sich keine Farbsäume oder übermäßiger Kontrastverlust, wenngleich der Kontrast insgesamt etwas flau scheint. Besonders auffällig ist die gleichmäßige Wiedergabe der komplexen Übergänge zwischen stark strukturierten und ruhigeren Bildpartien – ein Zeichen für gute Kontrolle von Bildfeldkrümmung, Astigmatismus und chromatischer Aberration.
Im Vergleich mit früheren Testbildern anderer Objektive dieser Serie zeigt sich: Das 10x ist innerhalb der HLB-Planapo-Reihe einer der leistungsstärksten Vertreter. Es schöpft die Möglichkeiten seiner numerischen Apertur von 0,28 gut aus, ohne sichtbar an die Grenzen der Konstruktion zu stoßen. Auch bei dieser Vergrößerung ist die Schärfentiefe gering, aber gut zentriert und frei von störenden Unschärfezonen.
In Summe liefern diese beiden Aufnahmen ein sehr positives Bild: Das HLB Plan Apo 10x eignet sich hervorragend für hochaufgelöste Mikroaufnahmen technischer Strukturen, insbesondere bei plan liegenden Objekten wie Halbleiterchips. Die Kombination aus hoher Auflösung, ausgewogenem Kontrast und planer Schärfenlage macht dieses Objektiv zu einem starken Werkzeug für anspruchsvolle Anwendungen im Bereich Focus Stacking und Mikrofotografie.
Auflösungstest
Der Auflösungstest 300 von Zeiss ermöglicht, die Auflösung eines Mikroskopobjektivs in Form eines Zahlenwerts abzulesen. Zwar ist diese Ablesung in gewissem Rahmen Interpretationssache und nicht völlig exakt (Details siehe hier), doch sie vermittelt durchaus einen groben Eindruck der Feinzeichnung und Detailwiedergabe.
Der Auflösungswert, hier in den beiden rechten Feldern zu sehen, wurde im Linsenzentrum mit 560 Linienpaaren pro Millimeter (lp/mm) abgelesen
Fazit
Das HLB Plan Apo 10x ist ein Objektiv mit relativ guter Scharfzeichnung, das bei Einsatz einer Tubuslinse Raynox DCR 150 und entsprechendem Auszug (208 mm) im Zentrum gute Detailgenauigkeit erzeugt. Auch die Farbkorrektion ist gut, denn chromatische Aberrationen (CAs) sind praktisch nicht zu erkennen. Vollformatsensoren überfordern den Bildkreis allerdings etwas, so dass in den Ecken die Bildschärfe erkennbar nachlässt. Doch diese Randzone ist so schmal, dass sie sich bei mittenbetonten Motiven nicht auswirken dürfte.
Der direkte Vergleich mit dem Mitutoyo M Plan Apo 10x, dem Goldstandard dieser Objektivkategorie, ist quasi das, was man in der Automobilindustrie als „Elchtest“ bezeichnet. Der Standard, den die extrem hochwertige und teure „M Plan Apo“-Reihe von Mitutoyo setzt, ist ist extrem hoch. Diesen Standard erreicht das HLB M Plan Apo 10x nicht ganz, was die Scharfzeichnung und auch den Farbkontrast betrifft. Da der Kontrast aber mit dem Kontrastregler einer Bildbearbeitungssoftware leicht anzuheben ist, dürfte Letzteres kein entscheidendes Kriterium sein.
Mit einer Tubuslinse Raynox DCR 250 und Auszug von 125 mm hingegen, einer Kombination, die einen geringeren Abbildungsmaßstab erzeugt (für den das Objektiv allerdings nicht konzipiert wurde!), ist das HLB deutlich überfordert, denn der Bildkreis wird weit überschritten. Im Zentrum ist die Scharfzeichnung noch immer ordentlich, doch selbst auf der Fläche, die ein kleinerer Sensor (APS, MFT) abbilden würde, zeigt sich randseitig noch immer ein massiver Schärfeverlust. Der fehlerfrei nutzbare Bereich des Bildkreises scheint bei diesem Objektiv deutlich kleiner zu sein als beim Mitutoyo.
Dieses Objektiv ist im Bereich der Nominalvergrößerung (z. B. mit Raynox DCR 150) mit Vollformatsensoren gut einzusetzen, und hier ist es eine deutlich billigere Alternative zum Mitutoyo M Plan Apo 10x, denn es kostet nur etwa die Hälfte. Voraussetzung ist, dass man mit etwas geringerer Abbildungsschärfe leben kann. Bei APS- oder MFT-Sensoren wird keine Randunschärfe abgebildet sein.
Bei geringerem Abbildungsmaßstab (z. B. mit Raynox DCR 250) dürften sich nur APS- oder MFT-Sensoren eignen, weil im Vollformat die Schärfenverluste im Randbereich sowie die kissenförmige Verzerrung zu stark sein dürften.
Die Gewindegröße von 26 mm ist unter Mikroskopobjektiven ungewöhnlich, denn üblicherweise findet man hier RMS, M25 oder M30. M26-Adapter mit der passenden Gewindesteigung sind erhältlich bei Rainer Ernst-Feinwerktechnik oder RAF-Camera.
Vorteile
Extrem großer Arbeitsabstand, höhere Bildschärfe und Detailgenauigkeit als viele Makroobjektive, Parfokalität innerhalb der Objektivserie, also leichter Objektivwechsel, gegenüber dem Vergleichsobjektiv von Mitutoyo enormer Preisvorteil (ca. 50 %).
Nachteile
Ungewöhnliche Gewindegröße, die einen speziellen Adapter erfordert (z. B. www.stonemaster-onlineshop.de), deutliche Qualitätsbußen bei kleinerer Tubuslinsenbrennweite (DCR 250)
Daniel Knop, www.knop.de, www.danielknop.eu
Testbild mit DCR 250: Im Zentrum ist die Bildschärfe bei dieser Kombination nur moderat und deutlich geringer als bei der Nominalvergrößerung, und außerhalb des Bildzentrums lässt sie gewaltig nach. Hier zeigt sich auch eine leichte kissenförmige Verzerrung. Die Abdunklung des Rand- und Eckenbereichs ist deutlicher als bei Verwendung der DCR 150.
Das Bildzentrum hat noch gewisse Schärfe, aber feinste Details werden in Kombination mit der DCR 250 nicht mehr wiedergegeben.
Die Randzone weist starke kissenförmige Verzerrung und intolerable Unschärfe auf, die zur Ecke hin extrem wird (hier links oben). Im Vollformat ist diese Kombination aus Objektiv und Tubuslinse schlicht unbrauchbar.
Der direkte Vergleich mit dem Canon-Lupenobjektiv MP-E 65 mm bei Stellung 3,5x zeigt, dass das HLB Planapo 3,5x diesem sehr scharf abbildenden Makrospezialisten deutlich unterlegen ist. Das Canon bringt mehr Schärfe (Bild oben rechts), und der Schärfeabfall zum Bildrand und vor allem zu den Ecken hin ist beim Canon deutlich schwächer als beim HLB. Allerdings muss hier auch berücksichtigt werden, dass das HLB Planapo 3,5x neu weniger als die Hälfte dessen kostet, was für ein Canon MP-E 65 mm zu veranschlagen ist.
Vergleich HLB M Plan 3,5x – Canon MP-E 65 mm
HLB Planapo 3,5x (links) im Vergleich mit dem Canon MP-E 65 mm bei Stellung 3,5 (rechts), oben jeweils das rechte obere Viertel des Originalbilds, aufgenommen mit Vollformatsensor (Focus Stack), unten jeweils ein Sechzehntel des Originalbilds, entsprechend hochskaliert.
Fazit