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Objektivporträts und Vergleichstests

HLB Plan Apo 50x

Das HLB Planapo 50x 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 Planapo 50x wurde für metallurgische Untersuchungen konzipiert. Es ist Teil einer Objektivserie mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben, die alle parfokal sind, also die gleiche Gesamtlänge von Gehäuse und Arbeitsabstand aufweisen. Das Gewinde ist bei allen identisch und der Gehäusedurchmesser sehr ähnlich.

 

Der Vorteil dieser Parfokalität ergibt sich zwar hauptsächlich beim Einsatz an Spezialmikroskopen, weil hier der für alle Objektive passende Kameraauszug mechanisch hergestellt wird, oft mit fest verbauter Tubuslinse. Beim Einsatz auf einem Focus-Stacking-Setup ist dies allerdings ebenfalls nützlich, weil es innerhalb der Objektivserie einen sehr einfachen Wechsel erlaubt, ohne weitere Änderungen am Setup.

 

Die Linsen HLB Planapo 50x wurden für den Einsatz mit Auflicht gerechnet, so dass hier auch eine bessere Farbwiedergabe denkbar ist als bei manchen Mikroskopobjektiven, die primär für Durchlicht konzipiert wurden. 

 

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. 

 

Der lange Arbeitsabstand ist ideal für den Einsatz auf einem Focus-Stacking-Setup, bei dem 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 Planapo 50x ist Teil einer parfokalen Objektivserie mit identischem Gehäusedurchmesser

Der Objektivhersteller

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). 

 

Vorbild für diese Optik 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 zahlreichen Konkurrenzanbietern und bietet inzwischen qualitativ vergleichbare Optiken an, zu deutlich geringeren Preisen. Aus China sind ebenfalls zahlreiche Mitutoyo-Nachbauten erhältlich, die dem Original vielfach zum Verwechseln ähnlich sehen, für wiederum günstigere Preise, doch man sollte davon nicht auf eine vergleichbare Abbildungsleistung schließen.

Technische Daten

Abbildungsmaßstab 50x

Numerische Apertur 0,55

Unendlichoptik (Tubuslinse nötig)

kompatible Tubuslinsenbrennweite 200 mm

Gewindedurchmesser und Steigung M26 x 0,706

Gewicht 325 g

Gehäuselänge 82 mm

Gehäusedurchmesser 35 mm

Parfokaldistanz (Gehäuselänge plus Arbeitsabstand) 95 mm

Durchmesser der Austrittspupille 5 mm

Brennweite 4,0 mm

Arbeitsabstand 13,0 mm

Auflösung 0,5 µm

Schärfentiefe 0.9 µm

Die Abbildungsleistung

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 50x entsteht. Die beiden anschließenden Bilder enthalten jeweils einen vergrößerten Ausschnitt. Darunter folgt eine weitere Übersichtsaufnahme, allerdings mit der Tubuslinse Raynox DCR 250, was den Abbildungsmaßstab deutlich reduziert. Einige metallurgische Mikroskopobjektive aus der erwähnten Mitutoyo-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 50x zu erwarten sind. 

 

Danach folgen Abbildungen eines 3 x 3 mm großen Mikroprozessors mit Ausschnittsvergrößerungen, die anhand unterschiedlicher filigraner Strukturen einen sehr guten Eindruck von der Schärfeleistung des Objektivs vermitteln. 

Testbild mit Nominalvergrößerung (DCR 150), mit Rahmenmarken für die nachfolgenden Ausschnittsvergrößerungen – scharfe Wiedergabe filigranster Details, doch sobald der Blick vom Mittelbereich in die Randzone geht, lässt die Schärfe merklich nach. Die Farbkorrektion ist allerdings gut, denn die Blaufärbung einiger der winzigen Flächen beruht auf der Eigenfarbe des abgebildeten Motivs.

In der zentralen Ausschnittsvergrößerung zeigt sich gute Detailschärfe. Auch hier sind die Blaufärbungen keine chromatischen Aberrationen, sonder eine Eigenheit des aufbenommenen Motivs. 

Die Ausschnittsvergrößerung im Rand- und Eckenbereich zeigt die breite Ausdehnung des Schärfeverlusts. Hinzu kommt eine deutliche, kissenförmige Verzerrung (hier nach rechts oben sichtbar) in der Vollformataufnahme.

Testbild mit DCR 250: Mit dieser geringeren Tubuslinsenbrennweite wird ein kleinerer Abbildungsmaßstab erzeugt. Bei dieser Kombination wird die kissenförmige Verzerrung im Rand- und Eckenbereich noch deutlicher. Auch der Schärfenverlust steigert sich in die Ecken hinein beträchtlich. 

Die zentrale Ausschnittsvergrößerung zeigt noch einigermaßen gute Detailschärfe, doch hier ist zweifelhaft, ob gegenüber dem 20x aus der gleichen Serie noch ein nennenswerter Vorteil besteht, obgleich der NA-Wert mit 0,55 größer ist (beim 20x NA 0,42).

Die Ausschnittsvergrößerung im Rand- und Eckenbereich zeigt keine scharfen Details mehr; hier ist der Bildkreis des Objektivs massiv überfordert. 

Vergleich HLB Planapo 50x – HLB Planapo 20x

Der direkte Vergleich mit dem Mitutoyo HLB Planapo 20x zeigt, dass das HLB Planapo 50x etwas mehr Details liefert. Allerdings ist dieser Gewinn nicht annähernd so groß wie die Preisdifferenz zwischen diesen beiden Objektiven, zumal dieser Vergleich wird 20x nicht wirklich gerecht wird, weil dessen Bildergebnis weit stärker hochskaliert wurde als das des 50x. 

Links HLB Planapo 50x, rechts HLB Planapo 20x, – das 50x zeigt ein Quäntchen mehr Details als das 20x, doch der Unterschied ist überraschend gering. 

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 Mikroprozessor in seiner Gesamtbreite von 3 mm, oben und unten etwas beschnitten. Der Rahmen zeigt den Inhalt des folgenden Bildausschnitts (dieses Übersichtsbild wurde nicht mit dem HLB Planapo 50x erstellt)

Das HLB Planapo 50x bildet von dem oben gezeigten Mikroprozessor nur einen 0,8 Millimeter breiten Ausschnitt ab – hervorragende Darstellung winzigster Details mit sehr gutem Farbkontrast.

Ein Ausschnitt aus dem vorausgegangenen Bild, der 0,33 Millimeter des Originalmotivs wiedergibt, ohne jede Bildbearbeitung – der Vorteil dieses Objektivs gegenüber dem 20x aus der gleichen Serie mag überraschend gering sein, doch die Darstellungsleistung dieses Objektivs, das einen Drittel Millimeter Motivbreite mit fantastischer Klarheit reproduziert, ist schlicht beeindruckend 

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, der hier in den beiden äußeren Feldern zu sehen ist, wurde im Linsenzentrum mit 1600 Linienpaaren pro Millimeter (lp/mm) abgelesen

Fazit

Das HLB Planapo 50x ist scharf abbildendes Objektiv, und es wäre reizvoll, es in einem Vergleichstest gegen das Pendant aus der Mitutoyo-Fabrikation antreten zu lassen. Vielleicht kann das hier zu einem späteren Zeitpunkt einmal nachgeliefert werden, wenn ein Testobjektiv zur Verfügung steht.  

 

Die Detailwiedergabe ist der des 20x-Objektivs aus der gleichen Serie überlegen, wenngleich auch nur leicht. Allerdings muss man sich vor Augen halten, dass der NA-Wert des 20x zum 50x auch nur um ein knappes Drittel gesteigert wird (von 0,42 auf 0,55) im Gegensatz zur Verdoppelung, die man vom 5x zum 10x hat (von 0,14 auf 0,28). 

 

Allerdings verliert sich diese Schärfe, sobald man die Mittenzone verlässt, und der relativ unscharfe Randstreifen ist enorm breit. Bei der Nominalvergrößerung (50x, Tubuslinsenbrennweite 200 mm) ist die unscharfe Zone noch so schmal, dass man beim Einsatz eines kleineren Sensors (APS oder MFT) davon verschont bleibt, doch bei Verwendung einer Raynox DCR 250 mit 125 mm Brennweite dürften die Ecken unscharf werden.

 

Das könnte den Eindruck entstehen lassen, dieses 50x-Objektiv hätte gegenüber seinem 20x-Pendant keinen nennenswerten Vorteil, weil das Bild des 20x durch Hochskalieren dem eines 50x-Objektivs gleichkäme. Doch das täuscht, denn ein Bild, das mit dem 50x-Objektiv erzeugt wurde, hat noch enormes Vergrößerungspotential und kann durch Beschnitt und Hochskalieren wesentlich an Kantenlänge gewinnen, während dieses Vergrößerungspotenzial beim 20x-Bild dann ja bereits ausgereizt ist. Ob dieser Vorteil die enorme Investition allerdings wert ist, das muss jeder für sich individuell entscheiden. 

 

Prinzipiell ist dieses Objektiv vor allem für APS- und MFT-Sensoren zu empfehlen, für Vollformatsensoren nur, wenn der Schärfeverlust im Randbereich toleriert werden kann, entweder durch Beschnitt oder durch mittenbetonte Motive. Die Verwendung einer Tubuslinse mit 125 mm Brennweite scheint allerdings wenig sinnvoll.

Vorteile

Extrem großer Arbeitsabstand, hohe Bildschärfe und Detailgenauigkeit im zentralen Bereich, gute Farbkorrektion, Parfokalität innerhalb der Objektivserie, also leichter Objektivwechsel, Im Vergleich zu hochpreisigen Objektiven etwas geringerer Kaufpreis

Nachteile

Deutlichen Randunschärfen und kissenförmige Verzerrung im Bereich der Ecken, die zwar bei kleineren Sensoren nicht im Bild sind (und bei mittenbetonten Bildmotiven auch keine Rolle spielen mögen), beim Vollformatsensor aber unter Umständen stören können und durch beschnitt entfernt werden müssen

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

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