Gegenstände unter der Lupe

Früher kannte ich Mikroskope nur aus dem Schulunterricht. Damals haben wir Blätter vom Schulhof "untersucht" und als Beleuchtung diente ein kleiner runder Spiegel der das Sonnenlicht auf die Probe gelenkt hat. Die Probe wurde dann durch ein Monokular betrachtet. Der Lehrer hatte damals die Luxusvariante mit 2 Okularen und sagte das wäre Stereo :-)

So in etwa sahen die Mikroskope im Schultunterricht aus. Holy shit.

Wenn ich das mit den Mikroskopen vergleiche die ich tagtäglich verwende, ist nicht viel davon übrig geblieben. Ich vermute mal, dass die Mikroskope in der Schule immer noch so aussehen, weil kein Budget für moderne Mikroskope zur Verfügung steht.
Die meines Erachtens nach interessanteste Neuerung in diesem Gebiet ist der Einsatz von digitalen Kameras zur Bildaufnahme. Die Kameras werden auf das Mikroskop geschraubt und ein zusätzlicher Strahlengang ermöglicht das Betrachten des Bildes durch die Okulare, sowie auf dem PC-Monitor.

Hier sieht man die Kamera ganz oben auf dem Mikroskop und die Okulare zum reinglotzen.

Die Möglichkeit die Bilder digital abzugreifen schafft natürlich komplett neue Anwendungsgebiete. Die Bilder lassen sich prima speichern, dokumentieren, analysieren (per Bildverarbeitung), bearbeiten usw. Auch lassen sich Filme speichern (meine Probe sollte sich hierfür bewegen oder verändern) und Zeitraffer-Aufnahmen anfertigen.
Viele Mikroskop-Anbieter gehen mittlerweile sogar so weit, dass sie die guten alten Okulare ganz verschwinden lassen und nur noch über die Kamera ein Bild erzeugt wird.

Okulare gibts nicht mehr. Der Trend geht außerdem zum Touchscreen. Leider sind die Nutzeroberflächen meistens für den asiatischen Markt designed und die fetten Amerikaner und Eurpäer haben zu dicke (Wurst)Finger und drücken immer gleich 2 Knöpfe gleichzeitig.

Natürlich gibt es auch im Mikroskopiebereich eine große Auswahl an Digitalkameras, je nachdem was man untersuchen/fotografieren möchte und wie viel Geld man zur Verfügung hat. Dabei reicht die Auflösung von 1,3 Megapixel bis 17 Megapixel (z.B. bei Olympus), wobei man nicht sagen kann, dass die Auflösung den Preis bestimmt. Davon abgesehen gibt es auch in der Mikroskopie die gleichen Probleme mit Auflösung und Objektivauflösung.
In der industriellen Bildverarbeitung sowie in der Mikroskopie wird üblicherweise ein c-mount verwendet. So heißt das Gewinde an der Kamera, in das man das Objektiv reindreht. Der Durchmesser des c-mount ist 1 Zoll. Man kann also nicht jedes x-beliebige Objektiv daran machen, sondern nur c-mount Objektive (oder halt über irgendwelche Adapter).

Der junge Mann legt Wert auf ein lichtstarkes Objektiv. Leider kann man das Objektiv nicht an einem Mikroskop verwenden, es hat keinen c-mount ;-)

Wenn ich nun also eine 5 Megapixel Kamera habe, so ist die wichtige Frage: Kann mein Objektiv denn überhaupt so fein auflösen? Wenn nicht, ist es auch völlig egal ob ich nun eine 5 Megapixel Kamera oder eine 17 Megapixel Kamera mit meinem Objektiv verwende, es wird kein besseres (höher aufgelöstes) Bild entstehen. Es ist sogar meistens eher nachteilig, wenn mein Kamerachip eine zu hohe Auflösung besitzt. Der Kamerachip wird in den meisten Fällen nämlich nicht größer sein und deswegen müssen die zusätzlichen Pixel (Sensoren) auf den Chip gequetscht werden. Es ergibt sich also ein Sensor mit vielen kleinen Pixeln. Je kleiner ein Pixel/Sensorelement jedoch ist, desto größer ist die Gefahr, dass die Signale nicht mehr sauber getrennt werden können. Mein Bild fängt also an zu rauschen.
Die Sensoren einfach größer zu machen geht auch nicht, da man sonst keinen c-mount mehr verwenden kann. Wie gesagt haben wir das gleiche Problem in der digitalen Fotografie. Dort sind jedoch die Objektive meistens größer und können feiner auflösen, so dass man nicht so schnell an die Grenzen der physikalischen Auflösung stößt.

Eine 10 Cent Münze aufgenommen mit einem 10x Objektiv, 0.5 TV Adapter und 10 Megapixel Kamera bei 2x binning. Um einen größeren Bildausschnitt zu erhalten habe ich hier eine Panoramaaufnahme gemacht, bei der 300 Bilder zusammengefügt wurden. Um den kompletten Tiefenschärfe-Bereich abzudecken, wurden außerdem pro Aufnahme 30 verschiedene Fokusebenen aufgenommen und die Bilder anschließend zusammengefügt. Es sind also eigentlich 900 Bilder.