Bisherige Erkenntnis - alles verwackelt
die Fotos sind nicht scharf.
Meine Vorstellung eines transportablen Digital-Kamera- Foto-Mikroskopes ist bislang an mehrere Grenzen gestoßen. Die notwendige Vergrößerung deckt eine Schwäche nach der anderen auf. - Ziel war es ja, eine gesamte Bildbreite von maximal etwa 100µm = 0,1mm (besser wäre die Rillenbreite von 50µm) über die gesamte Bildfläche der Kamera formatfüllend in recht hoher Qualität abzubilden. Und dabei spielt die Schärfentiefe überhaupt keine Rolle, denn für uns sind nur die äußeren Kanten - die Umrisse vor einem dunklen Kontrast-Hintergrund - interessant.
Die Rille der Schallplatte - wie in der Zeichnung rechts - ist etwa 50µm breit, der gesamte Bild-Ausschnitt sollte daher wirklich nur maximal 100µm breit werden.
Grundsätzliches zu den DSLR Digital-Kameras
Zur Zeit sind in der Redaktion 3 Kameras verfügbar.
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- Die uralte Kodak Z630 hat keinen Spiegel, kann daher dort nicht wackeln. Doch der Auslöser ist sehr widerspenstig. Das schüttelt die gesamte Kamera.
- Die Nikon D5000 hat zwar 12 Megapixel und Live-View und einen elektrischen Fernauslöser, doch die sogenannte Vibrations Reduktion (VR) oder auch Shake Reduction (SR) ist immer in den Optiken/Linsen eingebaut.
- Die ältere Pentax K100D hat nur 6 Megapixel und kein Live-View, dafür ist die Vibrations Reduktion (VR) im Kamera Body eingebaut. Das ist beinahe genial. Das ist natürlich teurer, funktioniert aber mit allen Optiken und bestimmt auch mit alten Analog-Optiken.
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Die Pentax Vibrations Reduktion (VR) diente mir nach bisheriger Meinung nur als Verwacklungs-Reduktion (Verwacklungsminderung) bei stark heran gezoomten Fotos (200mm) aus der Hand. Daß das mal sehr wichtig sein könnte, hatte ich damals mangels ernsthafter Makro- und Mikro- Fotografie noch nicht bedacht.
Meines Wissens nach haben moderne DSLR Kameras alle einen sogenannten "Silent"-Modus, der nicht nur die Lautstäke redzieren soll, sondern auch eine Pause nach dem Hochklappen des Spiegels veranlaßt.
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Weg von den empirischen Versuchen :
Die Schärfe des gesamten Systems mit Kalibrierbildern testen
- Kalibrierbild mit Ortofon MC20
Uns liegen zwei Kalibrier-"Objekte" vor. Das eine ist bereits auf der ersten Seite beschrieben und das ist ein transparenter Film mit zwei 5mm großen Feldern mit Linien, jeweils horizontal und vertikal mit - nebeneinander - je 5 schwarzen und 5 weißen Linien/Balken = 10 Balken pro mm.
Es gilt natürlich auch für die weißen Zwischenräume (Balken) zwischen den schwarzen Linien (Balken), also insgesamt sind es 10 Balken pro 1mm. Damit ist jeder schwarze Balken (bzw. jede schwarze Linie) genau 0,1mm breit, und das sind unsere 100µm (gewünschte Bildbreite).
Das zweite Kalibier-Ojekt ist wesentlich genauer. Es ist ein mit einem Laser auf eine hochgenaue geschliffene (und polierte) Quarz-Glasplatte aufgebranntes Gittermuster.
Es sind sogenannte Zählkammern für Blutuntersuchungen z.B. Zählungen der Anzahl der Blutkörper in den Tropen. Die Quadrate sind jeweils 0,1 x 0,1 mm groß und jeder Strich in solch einem Raster ist also (nur) 2µm breit (und nicht 10µm wie weiter oben). So etwas geht nur mit einem speziellen Laser und jedes Plättchen kostet etwa 20 Euro.
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- Die Zählkammernplatte
- mit einem Stereomikroskop
- mit Dunkelfeld Optik
Hier noch einmal die (uralten) Fotos zur Darstellung von 2µm Strichstärken
Zuerst der Link auf unsere alten Wissensseiten aus 2005. Darum die Detail-Fotos hier nochmal.
Diese "Mikro-" Aufnahmen (also deutlich mehr als "Makro-"Aufnahmen) sind fast alle mit unserem großen Trinocular-Mikroskop im Jahr 2005 gemacht worden.
Auf dieser kleinen 2cm x 6cm großen Glasplatte sind 2 Felder mit jeweils 3 x 3 "Zählkammern" und wiederum mit jeweils 3 x 3 Feldern mit 1/10 qmm großen Quadraten drauf. Die uns interessierenden Trennstriche der Kammern sind 2µm breit.
Im Vergleich, die Linien oder Balken des Kalibrierfilmes ganz oben sind 100µm breit.
- (1) mit 100facher Vergrößerung
- (2) mit 500facher Vergrößerung
- (3) mit 1.000facher Vergrößerung
Aufnahmen mit dem Zeiss Mikroskop
Auf dem ersten Foto (1) sieht alles normal aus, auf dem 2. Foto (2) auch noch. Auf dem 3. Foto (3) sehen Sie ganz deutlich, die Ecken sind nicht (mehr) scharfkantig rechtwinklig, nein, die sind abgerundet.
Das dürfte eigentlich nicht sein, der Laser hat wirklich stramme gerade 2µm Bahnen aus der Beschichtung herausgefräst bzw. eingebrannt.
Hier fängt auch die professionelle hochwertige optische Technik an, unscharf zu werden. Die Grenzen der Lichtmikroskopie sind erreicht.
Deshalb sagen die Experten, bei 1200 fach hört es eigentlich auf mit den Optiken. Gleichwohl werden Linsenkombinationen mit 20fach Okular und 100facher Optik als 2.000 fache Vergrößerung bei billigsten Schul-Mikroskopen angepriesen, auch wenn man nachher gar nichts mehr sieht.
Übrigens, bei dem letzten Bild sieht man bei uns ganz deutlich jede kleine Vibration des Fußbodens im Okular. Das Bild zittert. Die Grenze ist fast erreicht.
Die Mikroskop Optik direkt am Balgen
Ein Experiment auf Anraten vor Dr. Wiedemann zum Ausprobieren meiner Optiken mit dem 160mm Auflagemaß. Nachteil, die Schärfe kann jetzt ausschließlich durch den Abstand zum Objekt eingestellt werden, und das ist eine elende Fummelei. Bei der Zoom Optik der Kamera konnte man zum Finden der Nadelspitze das Zoom auf 50mm runter drehen und später wieder auf 200mm hochfahren.
Der ganz dicke Nachteil kommt aber noch. Die Objektiv-Masse, also das stabilisierende Gewicht fehlt beim Auslösen der Kamera . Dort wird ja erst der Spiegel wieder hochgeklappt und dann der Schlitzverschluß aktiviert. Und diese beiden kleinen Bewegungen machen bei der Makro- und Mikro-Fotografie viel aus, sehr viel sogar.
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- zum Vergrößern drauf klicken
Die 100µm Linien des Calibirierfilms
Das Bild ist nur ein Ausschnitt des Fotos. Man erkennt, es ist nach wie vor unscharf. Sowohl die Ränder sind ausgefranzt als auch die Staubkörner sind unscharf.
Auf dem großen HDMI Kontroll-Monitor war das alles noch scharf zu erkennen. Also im Prinzip müsste es funktionieren.
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Und jetzt die (späte) Erkenntnis, beim Auslösen zittert die Kamera "erheblich".
Die ganzen 2µm Linien sind stark verschwommen bzw. verwackelt. So geht es also nicht, trotz des nahezu blauen Lichtes. Es ist ein ganz triviales mechanisches Problem des Spiegels und des Verschlusses der DSLR Kamera. Mit der 200mm Zoom Optik hatte ich solche Verwacklungen vermeintlich nicht, dafür andere Probleme mit der Blende 22. Bei dieser Vergrößerung reichen bereits allerkleinste Vibrationen aus, um das Bild komplett zu verwacklen.
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Und hier nocheinmal der direkte Vergleich der 2µm Linien
Bereits bei 100facher Vergrößerung sieht man, daß die helleren dicken Linien eigentlich 3 Linien nebeneinander sind. Hier versagt unser Testaufbau kläglich. Da fehlt die stabilisierende Masse.
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- Foto vom Zeiss Mikroskop (aus 2005)
- Foto der Nikon D5000 Kamera (verwackelt)
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Entweder eine sogenannte Bridge Kamera (ohne Spiegel) oder mehr Masse müssen her . . . .
Auch ist die Versuchs-Version ohne Kamera-Optik - also ohne Blende und Schärfenring - bei der Bedienung sehr mühsam. Mit einer Kamera-Optik muß jedoch auf das Auflagemaß der Mikroskop- Optiken geachtet werden. Sonst gibt es Probleme beim Scharfstellen.
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Frei nach Radio Eriwan - es ist doch scharf
Das Bild, das die Kamera machen könnte, ist scharf. Die Vergrößerung ist noch nicht optimal, aber der Weg ist richtig.
Die miniamle Schärfentiefe begrenzt natürlich den kristallklaren Sichtbereich erheblich. Doch auf dem HDMI Monitor sieht es beeindruckend gut aus.
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Ein neuer Test mit einem alten 80-200mm (Analog-)Objektiv
Ein neuer Labor-Aufbau mit mehr Masse ist zwar mit der 40fach Mikroskop-Optik beachtlich, doch diese Vergrößerung reich nicht. Auch stimmt das Auflagemaß immer noch nicht. Hier ist jetzt schon das 80fach Zeiss Epiplan Objektiv mit einem 80-200mm Tokina Kamera-Objektiv kombiniert.
Es soll ja erst mal nur die Machbarkeit des hoch vergrößerten Zielbildes demonstrieren.
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- Das Bild im HDMI Monitor
- Die Fotografie als JPG
Mit dieser Kombination ganz nahe am Ziel
Auf dem HDMI Moitor ist die gewünschte Zielgröße leidlich zu erkennen. Da die optischen Voraussetzungen (Auflagemaß) immer noch nicht stimmen, kann ich auch noch nicht richtig scharf stellen.
Das rote (von der Kamera) eingeblendete Fenster hat mit dieser Vergrößerung etwa die Maße 30x30µm (Mikrometer !!). Das gesamte Bild wäre dann etwa 6mal so breit - also etwa 180µm.
Jetzt noch scharf stellen (können) und alles massiv befestigen und das Konzept wäre fertig. Wie sprach Schiller : "Fest gemauert in der Erde ... usw." Ja, das wäre super, wenn das mit dem Verwackeln nicht wäre.
Wir sind hier bei der Vergrößerung in einer Größenordnung angekommen, da stößt die Lichtmikroskopie sowie die DSLR Kameratechnik an ihre physikalischen und optischen Grenzen.
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Nochmal zum Vergleich das "REM" = das "Raster Elektronen Mikroskop"
Die Aufnahme mit dem REM auf der Einführungsseite wäre fast übers Ziel hinausgeschossen. Hier sieht man aber ganz deutlich, was ich auch sehen und fotografieren "möchte".
Der einzige Unterschied ist, uns hier im Museum fehlen die 45.000 Euro (für das Kleinste) und aufwärts bis über 200.000.- Euro für ein richtiges REM.
Und: Wir wollen ja nur die scharfen Umrisse der "Aussenhaut" sehen, keine Farben, keine Staubpartikel, nur die Kante bzw. den Umriß rings um die Abtastspitze. Also Tiefenschärfe ist nicht gefragt, die Ebenen- Schärfe - besser die Kontrast zum Hintergrund - bzw. die Umrißschärfe ist gefragt.
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