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Verwendung von modernen digitalen Kameras auf klassischen Stereomikroskopen und Makroskopen

In den letzten Jahren trieben die Kamerahersteller ihre Produkte mit riesen Sprüngen voran. Kameras mit 20 Megapixel und mehr sind nichts Besonderes mehr und zudem in Preisklassen, die für fast jedermann leistbar sind. Vor noch nicht einmal zehn Jahren verwendete man in der Mikroskopie selbst bei Topinstrumenten nicht annähernd so leistungsfähige Kameras wie sie jetzt schon von vielen Hobbyfotografen zum Knipsen der Familienfotos benutzt werden.

Die Entwickung der Mikroskope lief nicht annähernd parallel zu der von der digitalen Fotografie. Klassische Stereomikroskope mit parallelem Strahlengang, die am häufigsten verwendeten Mikroskoptypen, werden von modernen Spiegelreflexkameras und Systemkameras (spiegellose Kameras mit Wechselobjektivfassung) voll ausgereizt. Die verwendeten Kamerasysteme können kleinere Details auflösen, als das Mikroskop zeigen kann. Das bedeutet, dass eine hohe Kameraauflösung (hohe Pixelanzahl) für die Mikroskopie keinen Vorteil bringt, die Bilder werden sozusagen „leer aufgeblasen“. Als Faustregel gilt, dass für die Fotografie mit dieser Art von Mikroskopen Kameras mit fünf Megapixel völlig ausreichen.

Aber dennoch profitieren klassische Stereomikroskope mit parallelem Strahlengang von den Zusatzfeatures hochwertiger Kameras. Höhere Farbtiefen, besseres Signal/Rauschverhältnis, HD Videofunktionen, Live View Bild am Display, HDMI Schnittstellen für HD Monitore und spezielle Software zur Fernsteuerung vom PC, erleichtern das Arbeit ungemein.

Klassische Stereomikroskope wurden ursprünglich primär für die visuelle stereografische Betrachtung durch das Okular konzipiert. Dieses Mikroskopdesign wird mittlerweile seit nahezu 30 Jahren unverändert für diese Gruppe von Mikroskopen angewandt. Die Gesamtvergrößerung und das Auflösevermögen der Instrumente sind auf das menschliche Auge abgestimmt und nicht auf den Sensorchip von Kameras.

Bei Anwendungen von präparierenden Tätigkeiten, ist ein großer Arbeitsabstand notwendig. Dieser Arbeitsabstand beeinflusst jedoch das Auflösungsvermögen des optischen Instruments. Große Arbeitsabstände sind sehr praktisch beim Arbeiten unter dem Mikroskop und zudem erhöht sich die Schärfentiefe der Abbildung, dies bringt besonders bei plastischen Objekten Vorteile. Im Gegenzug reduziert er aber auch aus physikalischen Gründen das Auflösungsvermögen des Objektivs. Die numerischen Apertur beschreibt die Leistungsfähigkeit von Mikroskopen und Makroobjektiven. Bei normalen Objektiven ohne Immersion (Luft zwischen Objekt und Objektiv) besteht das theoretische Optimum bei einer Apertur von eins.

NA = n * sin(Alpha)

Dieses theoretische Maximum kann in der Praxis nicht erreicht werden. Der Arbeitsabstand müsste unendlich klein sein und die Objektivfrontlinse unendlich groß. Die Gesamtvergrößerung sollte in der Regel nicht mehr als das 500- bis 1000-fache der numerischen Apertur betragen, darüber wird nur mehr „leer vergrößert“. Diese physikalische Grenze erreicht man bei achromatischen Objektiven sehr schnell, bei apochromatischen Objektiven etwas später.

Für professionelle Fotodokumentationen sind daher klassische Stereomikroskope nicht die erste Wahl, da sie, wie oben beschrieben, für das visuelle Arbeiten durch das Okular konzipiert worden sind und außerdem moderne Kameras mit mehr als 10 Megapixel Auflösung die Möglichkeiten des Mikroskops nicht ausschöpfen können.

Alle großen Mikroskophersteller bieten spezielle Lösungen für die Mikro- und vor allem Makrofotografie an. Diese Instrumente sind jedoch alle im Hochpreisniveau angesiedelt (ab 10.000 €).

Unsere LMscope Makroskope haben wir speziell für die professionelle Fotodokumentation entwickelt. Sie sind viel leistungsfähiger als herkömmliche Stereomikroskope.

Die bessere Lösung für viele Anwendungen ist daher das LM Makroskop mit einer digitalen Spiegelreflexkamera, die über ein "Live View" und eine HD Videofunktion verfügt. Die Beurteilung des  Präparats erfolgt dann über einen hochauflösenden Monitor in "Full HD" anstatt über das Okular.

Das erhöht die Flexibilität und in weiterer Folge die Produktivität. Sollen Details am Monitor sichtbar gemacht werden, so zoomt man mit der Kamera-Lupenfunktion in das Bild hinein. Bei der Zoom Funktion werden immer weitere Details sichtbar, ohne dass an Auflösung eingebüßt wird. Das ist möglich, da die Videoauflösung (Full HD) nur ein Bruchteil des maximalen Sensorchip (> 20MP) darstellt.

Fazit: Mit klassischen Stereomikroskopen mit parallelem Strahlengang können nicht alle Stärken der modernen digitalen Kameras ausgenutzt werden. Die optische Güte der Mikroskop–Objektive und der parallele Strahlengang mit dem langen Arbeitsabstand fordert  das fotografische Können des Anwenders. Will man die volle Leistungsfähigkeit der digitalen Kameras ausschöpfen, so ist es ratsam, andere Systeme zu verwenden, wie zum Beispiel unser eigens dafür entwickeltes LM Makroskop. Damit gelingen anspruchsvolle Fotodokumentationen im Handumdrehen!

17.02.2012