Auswahl einer Mikroskopkamera

Typen

Es ist üblich, dass ein Forscher eine Kamera an ein Mikroskop anschließt. Drei Kameratypen sind verfügbar, und zwei eignen sich für die Mikroskopie:

• Fernsehkameras (Direktvideo)
  • 4:3 altes Videoformat, NTSC, PAL, 480i
  • 16:9 HDTV (DVI 1.0 konform), 720P
• Computer-Kameras
  • USB-Anschluss
  • Firewire-Anschluss
• Handelsübliche Kameras
  • Kameras mit festem Objektiv
  • SLR-Kameras

Zuerst sollten Sie bestimmen, was Sie tun möchten:

• Bilder aufnehmen
• Live-Video ansehen

Kameras, die beides können, sind teurer. Günstigere Optionen, die Live-Ansicht und Bildaufnahme ermöglichen, können meist weniger Bilder pro Sekunde aufnehmen.

Fernsehkameras

Fernsehkameras senden Live-Video an einen Fernseher. Sie können das alte 4:3 (quadratische) Format oder das neue 16:9 Kinobildformat verwenden. Diese Kameras werden ohne Software geliefert und können ohne spezielle Schnittstelle nicht direkt an einen Computer angeschlossen werden. Das Bild kann von DVRs aufgenommen oder durch Hinzufügen einer Videoeingangs- und Erfassungskarte am Computer aufgezeichnet werden. Diese Kameras können Video aufnehmen, und einige Computerprogramme können hinzugefügt werden, um Bilder zu erfassen. Allerdings bieten die Kameras eine niedrige Auflösung, die Computer-Schnittstellen können teuer sein, und der Computer muss speziell für diesen Zweck ausgewählt und gekauft werden.

Computer-Kameras

Diese Kameras sind meist dafür ausgelegt, direkt an einen Standard-Computeranschluss (USB, Firewire) angeschlossen zu werden. Sie werden hauptsächlich für Einzelbildaufnahmen und zweitens für die Aufnahme von langsamerem Video verwendet. Der hier verwendete Begriff ist Bilder pro Sekunde. Normales Video hat etwa 30 Bilder pro Sekunde, Kinofilmprojektionen im Kino liegen bei 14 bis 18 Bildern pro Sekunde. USB-Kameras erreichen 7,5 bis 15 Bilder pro Sekunde. Die Wiedergabe ist meist flüssig (nicht ruckelig), und die Betrachtungszeit wird nicht beschleunigt. Die Bildrate dieser Kameras wird durch den empfangenden Computer begrenzt. Ein langsamer Prozessor, wenig Arbeitsspeicher oder ein überlasteter Computer haben Schwierigkeiten, Video mit dieser Rate aufzunehmen.

Handelsübliche Kameras

Handelsübliche Kameras können ohne zusätzliche Optik nicht optisch an ein Mikroskop angeschlossen werden. Die optischen Adapter sind teuer, und die Ergebnisse sind meist unbefriedigend. SLR-Kameras können optisch mit Mikroskopen verbunden werden, indem die an den meisten Mikroskopen verfügbaren SLR-Adapter verwendet werden.

Kameragrößen

Die Kameras werden nach der Größe ihres Sensorchips (CCD) bezeichnet, der die Bilddaten aufnimmt. Je größer der Sensorchip, desto höher die Auflösung der Kamera. Die Größenbezeichnung korreliert ungefähr mit der Größe des Bildsensors, ist aber eher ein Name als eine exakte Messung. Übliche Größen sind:

• ½" (8 mm Diagonale)
• 1/3" (6 mm Diagonale)
• ¼" (4,6 mm Diagonale)

Sichtfeld

Die Kameras benötigen meist einen Adapter, um mit dem Mikroskop verbunden zu werden. Dieser wird als C-Mount bezeichnet. Die Bildgröße der Kamera und das erforderliche optische Kameraelement (C-Mount) sind wichtig, um das gewünschte Bild aufzunehmen. Manche Forscher möchten, dass das aufgenommene Sichtfeld mit dem visuellen Sichtfeld im Okular übereinstimmt, andere stört es nicht, wenn das aufgenommene Bild kleiner als das visuelle Sichtfeld ist. Es gibt spezielle Objektiv-/Okularkonfigurationen bei Trinokularmikroskopen, um eine 1:1-Konfiguration zu erreichen, aber generell ist das aufgenommene Sichtfeld kleiner als das, was visuell gesehen wird.

HINWEIS: Wenn das aufgenommene Bild kleiner als das visuelle Bild ist, wird der aufgenommene Bildbereich vergrößert.

Das Bild, das durch das Okular gesehen wird, ist kreisförmig, aber die Kamera kann nur ein quadratisches Bild aufnehmen. (Siehe Abbildung rechts.) Idealerweise berühren die Ecken des Quadrats (Begrenzung des Kamerabildes) gerade den Rand des Kreises (visuelles Sichtfeld). Bei der Wahl der optischen Stärke (Vergrößerung) des Mikroskopadapters sollte der Bildsensorchip auf den Adapter abgestimmt sein. Zum Beispiel bei einem ½” (0,5") Bildsensor einen 0,5X-Adapter verwenden. Bei einem ¼” (0,25") Sensor einen 0,25X-Adapter verwenden. Die Größe des Sensors sollte so genau wie möglich zur Vergrößerung des Adapters passen. Durch das Abstimmen der beiden Einstellungen wird so viel Bild wie möglich erfasst.

Da das Sichtfeld des Okulars ein Kreis ist, nimmt eine Kamera mit einem Seitenverhältnis von 4:3 mehr vom Bild auf als eine Kamera mit einem Seitenverhältnis von 16:9. Wenn der Kamerabereich über den Kreis des Okulars hinausgeht, werden die Ecken abgedunkelt (Vignettierung).

Die Kreise zeigen, was durch das Mikroskopokular gesehen wird. Die Quadrate zeigen, was mit einer an das Mikroskop angeschlossenen Kamera aufgenommen werden kann.

HINWEIS: Adaptervergrößerungen unter 0,35X sind teurer. Der Kameraadapter ist so konstruiert, dass er zum Mikroskop passt und wird meist vom Mikroskophersteller hergestellt. Die meisten Kameraadapter funktionieren nicht mit Mikroskopen anderer Hersteller. Adapter von Drittanbietern für den Anschluss von Mikroskopen an Kameras sind von verschiedenen Firmen erhältlich und entsprechend bepreist.
Die folgende Bildserie zeigt die besprochenen Sichtfeldprobleme. Die Bilder wurden mit einer COLCAM ½" TV-Kamera am Standard-½" CS-Mount aufgenommen.

F200 Objektiv, Standard CS-Mount    F350 Objektiv, Standard CS-Mount

Sichtfeld=30 mm, Okularansicht=38 mm      Sichtfeld=50 mm, Okularansicht=66 mm
Die tatsächlichen COLCAM-Videobilder werden über eine einfache Videoerfassungskarte in einem PC aufgenommen. Die Bildgröße beträgt 640x480.

Optische Messung

Allzweckobjektive können für die meisten optischen Messungen in einem kalibrierten System mit geringem Fehler verwendet werden. Für Puristen gibt es eine Art Mikroskopadapter, der als telezentrisches Linsensystem bezeichnet wird. Diese spezielle optische Konfiguration ist speziell auf das Mikroskop- und Kamerasystem abgestimmt und meist sehr teuer. Die Messsoftware ist in die Kameraerfassungssoftware integriert (dies wird als Funktion angegeben, falls vorhanden). Ein externes optisches Gerät, das sogenannte Bühnenmikrometer, ist zur Kalibrierung erforderlich. Dies ist dasselbe Gerät, das zur Kalibrierung eines Okularretikels benötigt wird. Ein Retikel ist eine Messskala, die auf ein Okular geätzt ist, um ein Objekt im Sichtfeld zu messen.

Binokulare Adapter

Binokulare Adapter (zum Beispiel 503097) sind kostengünstige Linsen, die an die Kamera angebracht und an einem Binokularmikroskop verwendet werden können, indem die Kamera anstelle eines Okulars eingesetzt wird. Diese Linsen sind dadurch eingeschränkt, dass man das Mikroskop nun nicht mehr ohne Einschränkung mit beiden Augen nutzen kann. Die WPI-Version funktioniert gut, passt aber nicht an alle Kameras.