Objektivporträts und Vergleichstests
Mitutoyo M Plan Apo 5x HR
Das Mitutoyo M Plan Apo 5x HR ist eine hoch auflösende Variante des verbreiteten M Plan Apo 5x
Das Objektiv
Das Mitutoyo M Plan Apo 5x HR ist ein Objektiv, das für die Metallurgie konzipiert wurde, in der Auflösung aber deutlich über das hinaus geht, was in der mittleren Preisklasse zu erwarten ist.
Ein paar Worte zur gesamten „M Plan Apo“-Serie von Mitutoyo: Hier handelt es sich um eine Objektivserie mit unterschiedlichen Abbildungsmaßstäben, die alle parfokal sind, also die gleiche Gesamtlänge von Gehäuse und Arbeitsabstand aufweisen. Auch Gehäusedurchmesser und Gewinde sind identisch, beim Durchmesser mit Ausnahme des 1x-Objektivs.
Das Mitutoyo M Plan Apo 5x HR ist Teil einer parfokalen Objektivserie mit identischem Gehäusedurchmesser
Der wesentliche Vorteil dieser Parfokalität ergibt sich zwar beim Einsatz an Spezialmikroskopen, weil hier der für alle Objektive passende Kameraauszug mechanisch hergestellt wird, mit fest verbauter Tubuslinse, wie das auch bei Labormikroskopen üblich ist. Allerdings ist diese Parfokalität beim Einsatz auf einem Focus-Stacking-Setup ebenfalls sehr nützlich, weil sie innerhalb der Objektivserie einen sehr einfachen Wechsel erlaubt, ohne weitere Änderungen am Setup, was in der praktischen Arbeit ausgesprochen angenehm ist.
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 macht, mithin sogar störend.
An sich wurde auch das hier vorgestellte Mitutoyo M Plan Apo 5x HR für den Einsatz an speziellen Mikroskopen geschaffen, doch der lange Arbeitsabstand ist ideal für den Einsatz auf einem Focus-Stacking-Setup, wo es zusammen mit der erforderlichen Tubuslinse auf eine Kleinbildkamera gesetzt wird. Durch den gewaltigen Arbeitsabstand ist die Lichtführung zur Beleuchtung des Objekts sehr einfach.
Die HR-Variante hat ein etwas längeres Gehäuse als die Basisversion
Blick auf die Front- und Anschlussseite beider Objektive
Der Objektivhersteller
Hersteller ist die japanische Firma Mitutoyo, die neben diesen Spezialobjektiven unterschiedlichste Prüf- und Messgeräte für die Metallurgie herstellt. In Deutschland angeboten werden die Objektive z. B. von den Firmen Edmund (www.edmundoptics.de) oder Novoflex (www.novoflex.de).
Diese Objektivserie setzte bei ihrem Erscheinen Standards, denn sie präsentierte eine neue Konstellation aus großem Arbeitsabstand, hoher numerischer Apertur (NA) und damit hoher Detailwiedergabe sowie hervorragender Farbkorrektion und Verzeichnungsfreiheit bis an den Rand des vergleichsweise großen Bildkreises von 30 mm. Darüber hinaus sind, wie erwähnt, alle Objektive parfokal. Möglich wurde all dies nur durch den enorm großen Linsendurchmesser, was Größe und Gewicht der Objektive in bis dahin kaum gekannte Höhe trieb.
Während aber die M Plan Apos dieser Serie ohne den Zusatz „HR“ bei der numerischen Apertur und damit der optischen Auflösung nicht an die Grenzen des physikalisch möglichen gehen, wurden bei der HR-Serie (high resolution, hohe Auflösung) alle Register gezogen, um genau dies zu erreichen. Da allerdings die Entwicklungsingenieure nicht zaubern können und physikalische Gesetzmäßigkeiten sich nicht außer Kraft setzen lassen, muss für diese hohe Abbildungsschärfe irgendwo bezahlt werden, nicht nur beim Kauf an einer Kasse, sondern auch im übertragenen Sinn: Abbildungsschärfe, Arbeitsabstand und Bildkreis, also Abbildungsqualität in der Randzone, stehen in gewisser Weise im Zusammenhang, und sobald man an der einen Schraube dreht, wirkt sich das auch auf alle anderen Eigenschaften aus (Details in diesem Beitrag) – kein Vorteil ohne Nachteil. Und um einen solchen Nachteil auszugleichen, muss der Hersteller hohen Aufwand treiben, bezüglich der Qualität der Linsen, ihrer Vergütung und auf andere Weise, und das kostet eben Geld.
Beim Blick von vorn durch die Linsen ist kaum ein Unterschied erkennbar, doch von hinten lässt sich erkennen, dass der Öffnungswinkel der HR-Variante deutlich größer ist (HR-Variante jeweils links)
Bei einer Steigerung der Abbildungsschärfe im Bildzentrum könnte man z. B. erwarten, dass entweder der Arbeitsabstand schrumpft ist oder die Bildqualität (Schärfe, Verzeichnungsfreiheit, Farbfehler) in den Bildecken nachlässt – vielleicht sogar beides. Und tatsächlich ist der Arbeitsabstand der hier vorgestellten HR-Optik kleiner als jener der Nicht-HR-Variante, was allerdings gewollt ist, denn das Gehäuse ist länger, und beide Werte zusammen sollen ja 95 mm ergeben. Wie es um die Bildqualität in den Ecken bestellt ist, und ob dieses Objektiv gegenüber der Nicht-HR-Version an anderer Stelle Schwächen zeigt, soll der hier vorliegende Test zeigen, und natürlich interessiert es, wieviel schärfer diese HR-Variante abbildet. Der Kaufpreis beträgt immerhin ein Mehrfaches der Basisversion.
Das hier porträtierte Objektiv stellte mir freundlicherweise Dr. Kristian Peters für den Test zur Verfügung.
Der Blick auf die Frontlinse zeigt, dass bei der HR-Variante erheblich effektivere Vergütungen eingesetzt werden, denn die Spiegelung ist weit geringer. Das verbessert das Kontrastverhalten erheblich, weil Streulichteffekte vermieden werden.
Technische Daten
Abbildungsmaßstab 5x
Numerische Apertur 0,21
Unendlichoptik (Tubuslinse nötig)
kompatible Tubuslinsenbrennweite 200 mm
Gewindedurchmesser und Steigung M26 x 36 TPI
Gewicht 285 g
Gehäuselänge 69,5 mm
Gehäusedurchmesser 34 mm
Parfokaldistanz (Gehäuselänge plus Arbeitsabstand) 95 mm
Durchmesser der Austrittspupille 18 mm
Brennweite 40 mm
Arbeitsabstand 27,0 mm
Auflösung 1,3 µm
Schärfentiefe 6,2 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 7,5x 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 7,5x zu erwarten sind.
Testbild mit Nominalvergrößerung (DCR 150), mit Rahmenmarken für die nachfolgenden Ausschnittsvergrößerungen – sehr gute Schärfe, keine sichtbare Randabdunklung, frei von chromatischen Aberrationen, extrem leichte kissenförmige Verzerrung zu den Bildecken hin, die aber kaum sichtbar, sondern nur messbar ist
In der zentralen Ausschnittsvergrößerung zeigt sich erwartungsgemäß eine brillante Detailschärfe ohne chromatische Aberrationen
In der eckständigen Ausschnittsvergrößerung der Vollformataufnahme ist im äußeren Randbereich (hier links oben) leicht abnehmende Detailschärfe zu sehen, am besten zu erkennen in den quadratischen Elementen. Auch wird hier zur Bildecke hin die leichte kissenförmige Verzerrung deutlicher. Die Sensordiagonale von 43 mm überfordert den Bildkreis des Objektivs also etwas, doch auf einem kleineren Sensor (APS, MFT) wären diese Erscheinungen sicher nicht zu sehen. Mit dieser schwachen Ausprägung dürfte dies auch im Vollformat belanglos sein.
Testbild mit DCR 250: Mit dieser geringeren Tubuslinsenbrennweite wird ein kleinerer Abbildungsmaßstab erzeugt, und bei dieser Kombination (für die das Objektiv nicht konzipiert wurde!) ist die Überforderung des nutzbaren Bildkreises durch den Vollformatsensor stärker, denn die kissenförmige Verzerrung im Eckbereich nimmt erkennbar zu. Auch lässt dort die Schärfe deutlich nach.
In der zentralen Ausschnittsvergrößerung der Vollformataufnahme ist die Detailschärfe gleichmäßig und gut. CAs sind nicht zu erkennen, das Bild zeigt keine erkennbaren Verzerrungen.
Im vergrößerten Eckausschnitt der Vollformataufnahme nehmen zur Bildecke hin die Verzerrung und die Unschärfe deutlich zu, wenngleich auch nicht ganz so dramatisch wie bei der Nicht-HR-Variante. Aber auch hier ist diese Zone so schmal, dass sie bei kleineren Sensoren (APS, MFT) nicht abgebildet wird, und selbst beim Vollformatsensor dürfte es bei mittenbetonten Bildmotiven kaum eine Rolle spielen.
Vergleich Mitutoyo M Plan Apo 5x – M Plan Apo 5x HR – M Plan Apo 10x
Der direkte Vergleich des Mitutoyo M Plan Apo 5x HR mit der Nicht-HR-Variante zeigt in der Ausschnittsvergrößerung, dass das HR in einer völlig anderen Liga spielt. Es produziert eine Detailschärfe, die an das erinnert, was ein Nikon CF Plan Apo im Bildzentrum erzeugt, hier allerdings mit weit größerem Bildkreis.
Während diese Objektive für den Vergleich beide mit der Tubuslinse Raynox DCR 150 (208 mm Brennweite) eingesetzt wurden, sollte ein Test des Mitutoyo M Plan Apo 10x mit geringerer Tubuslinsenbrennweite zeigen, ob sich auf diesem Weg eine vergleichbar hohe Detailwiedergabe erreichen lässt. Immerhin hat dieses Objektiv eine numerische Apertur von 0,28 (statt 0,21 beim 5x HR). Allerdings arbeitet es dann außerhalb seines Idealbereichs, der als „sweet spot“ bezeichnet wird, eben mit geringerer Tubuslinsenbrennweite und kleinerem Kameraauszug. Der direkte Vergleich zeigt, dass diese Vorgehensweise zwar mehr Details darstellt als beim 5x mit DCR 150, doch die Abbildungsschärfe des 5x HR bleibt absolut unerreichbar.
Das ohnehin schon scharf abbildende Mitutoyo M Plan Apo 5x (links) ist der HR-Variante (Mitte) haushoch unterlegen, und auch das 10x mit kleinerer Tubuslinsenbrennweite kann diese Abbildungsschärfe nicht annähernd erreichen (alle Ausschnitte aus dem Bildzentrum, stark hochskaliert)
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.
Auf dem etwa 1,5 mm breiten Ausschnitt sieht man klare, scharfe Details
Der hier gezeigte Ausschnitt des 3 mm breiten Mikroprozessors gibt etwa 1,6 Millimeter Bildbreite wieder und zeigt neben kräftigem Farbkontrast brillante Schärfe
Vergleich Mitutoyo M Planapo 5x HR – M Planapo 5x
Die feinen Strukturen im Mikroprozessor bieten sich ebenfalls für einen Vergleich der HR- und der Basisvariante an, und hier zeigt sich abermals die enorme Überlegenheit der HR-Variante. Schon beim Blick auf die quadratischen Kontaktflächen des Prozessors wird das deutlich, aber auch die winzigen Details zeigen, dass die sündhaft teurer HR-Variante ein Überflieger ist.
Das Mitutoyo M Planapo 5x HR im direkten Vergleich mit der Basisvariante, dem M Planapo 5x
Auflösungstest
Der Auflösungstest 300 von Zeiss ermöglicht, die Auflösung eines Mikroskopobjektivs in Form eines Zahlenwerts abzulesen. Zwar ist diese Ablesung in gewissem Rahmen Interpretationssache, nicht völlig exakt und zudem sehr abhängig von der Auflösung des Kamerasensors (Details siehe hier), doch sie vermittelt durchaus einen groben Eindruck der Feinzeichnung und Detailwiedergabe. Beim hier vorgestellten HR-Objektiv ist dieser Auflösungstest trotz der verwendeten hohen Sensorauflösung von 45 Megapixeln noch problematischer als bei der Nicht-HR-Variante, weil die kleinsten darstellbaren Linienabstände geringer sind, so dass sie von weniger Pixeln wiedergegeben werden, was die Erkennbarkeit erschwert. Generell erfordern Objektive mit 5x oder geringeren Abbildungsmaßstäben hierfür eigentlich kleinere Sensorpixel.
Der Wert für die darstellbaren Linienpaare liegt mit 450 lp/mm klar höher als bei der Nicht-HR-Variante (360 lp/mm). Beim Verwenden eines Kamerasensors mit kleineren Pixeln könnte aber möglicherweise ein noch höherer Wert gemessen werden.
Fazit
Das Mitutoyo M Planapo 5x HR ist schlichtweg eine Offenbarung. Sein wesentlicher Nachteil liegt darin, dass es nach der Arbeit mit diesem Objektiv ausgesprochen schwer fällt, mit der Nicht-HR-Variante dieser Baureihe zufrieden zu sein – selbst wenn man es zuvor gewesen ist. Dieses großartige Objektiv eignet sich für Focus-Stacking-Arbeiten hervorragend. Die Detailwiedergabe ist noch deutlich besser als bei der ohnehin schon hervorragend scharf abbildenden Basisversion mit geringerer numerischer Apertur (0,14). Um die eingangs gestellten Fragen zu beantworten: Die Bildqualität in den Ecken ist gegenüber der Nicht-HR-Version auch im Vollformat nicht schlechter, und der Schärfegewinn ist erheblich.
Setzt man es mit der vorgeschriebenen Tubuslinsenbrennweite von 200 mm (oder nur leicht davon abweichend, DCR 150) ein, so sind beim Vollformatsensor Verzerrung und Schärfeverlust im äußeren Randbereich und den Ecken zwar vorhanden, aber so gering ausgeprägt, dass sie keine Rolle spielen dürften. Lediglich mit erheblich kleinerer Tubuslinsenbrennweite (DCR 250) sind diese Erscheinungen so viel stärker, dass sie bei kritischen Motiven störend sein können. Für kleinere Sensoren (APS, MFT) gilt dies nicht.
Das kann jedoch nicht bedeuten, dass dieses Objektiv für Vollformatsensoren nicht zu empfehlen sei, denn dafür ist die äußere Zone mit nachlassender Abbildungsqualität zu schmal. Bei den weitaus meisten Bildmotiven dürfte dies kaum wirklich in Erscheinung treten, und bei dem, was als „Fliegenkopffotografie“ bezeichnet wird, also dem Aufnehmen eines Motivs im Bildzentrum, das von ohnehin unscharf wiedergegebenem Hintergrund umgeben ist, spielt es schlicht keine Rolle.
Man muss zugrunde legen, dass der Hersteller für dieses Objektiv eine maximale Sensorgröße von 2/3 Zoll angibt, also einen Sensor, der selbst im Vergleich zum APS-Format geradezu winzig ist. Auf einer so kleinen Bildfläche produziert diese Optik definitiv keinerlei Abbildungsfehler, denn hier wird nur der zentrale Anteil aller Linsen genutzt, in dem jedes Objektiv sein Bestes gibt. APS und MFT kommen dem Rand der Linsen zwar deutlich näher, zeichnen jedoch noch keinerlei störende Abbildungsfehler auf.
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 hohe Bildschärfe, großer Arbeitsabstand, hervorragende Farbkorrektion, Parfokalität innerhalb der Objektivserie, also leichter Objektivwechsel
Nachteile