Raspberry Pi Mikroskop

[smierx]

Guten Abend,

ich habe ein mittelgroßes Problem. Ich muss für ein Uni Projekt ein Mikroskop basteln was eine Vergrößerung von 320-400x hat. D.h. ich brauche Objektiv und Okular. Das ganze soll möglichst klein sein, also kein Platz für ein 160mm Tubus. Wenn ich ein "unendliches" Objektiv  verwende brauche ich ja noch eine Tubuslinse oder? Wenn man überhaupt die einzeln findet sind sie unbezahlbar.
Gibt es eine Möglichkeit ein Objektiv und Okular mit einem Tubus der maximal 2cm lang ist zu verbinden? bzw. was passiert wenn ich keine Tubuslinse verwende ? Und was passiert wenn ich kein "unendliches" Objektiv verwende und den Tubus auf 2cm verringere?

Mit freundlichen Grüßen und vielen dank

Smierx

[JB]

Hallo,

"Muss" in dem Sinn, dass (1) die Konstruktion des Mikroskops selbst Ihre Aufgabe ist oder brauchen Sie (2) das Mikroskop um eine anderes Problem zu loesen?

Fuer den Fall (2): Ist das Mikroskop fuer die Beobachtung mit dem Auge oder mit einem Sensor gedacht? Die Angabe der Vergroesserung (400x) ist nicht ausreichend um ein Mikroskop zu beschreiben. Wenn Sie mit einem Sensor arbeiten, koennen Sie ein schlecht aufgeloestes Bild beliebig auf dem Bildschirm vergroessern ohne mehr Details zu sehen (leere Vergroesserung). Mehr dazu in der Mikrofibel: https://www.mikroskopie-forum.de/pdf/mikrofibel.pdf

Deshalb sind als Angaben wichtig:
- Aufloesung
- Groesse des zu beobachtenden Objekts (Bildfeld)
- Arbeitsabstand
- Spektralbereich (weisses Licht; nur eine Spektralfarbe?)
- Auflicht/Durchlicht?

Ganz allgemein kann man sagen, dass auch bei Unendlich-Objektiven der Abstand zwischen Objektiv und Tubuslinse nicht willkuehrlich ist. Meist sind zwischen 50 und 200 mm Abstand fuer beste Bildqualitaet noetig. Extreme Verkuerzung ist mit einem Kompromiss bei der Bildqualitaet verbunden. Ausserdem brauchen Sie hinter der Tubuslinse Platz! - in etwa einen Abstand zwischen Tubuslinse und Sensor welcher der Brennweite der Tubuslinse entspricht (meist zwischen 160 und 200 mm).

Die Objektive einiger Hersteller (Nikon, Olympus) brauchen keine spezielle Tubuslinse; Ersatz-Tubuslinsen aus der Photographie geben trotzdem akzeptable bis hervorragende Ergebnisse, fuer wenig Geld. Umfangreiche Tests finden Sie hier: https://www.closeuphotography.com/tube-lens-test

Es gibt in der Literatur einige Entwuerfe fuer winzige Mikroskope, insbesondere dieses: https://openflexure.org/projects/microscope/  Dabei wird der Tubus extrem verkuerzt, das Objektiv also mit falscher Tubuslaenge verwendet, was zu sphaerischer Aberration fuehrt. Die Bildqualitaet ist schauerlich, aber es reicht um Objekte zu sehen und zu zaehlen! Deshalb meine Frage oben nach der erforderlichen Aufloesung.

Viel Erfolg,

Jon

[smierx]

Danke für die ausführliche Antwort!
Das Mikroskop ist dafür da ein anderes Problem zu lösen. Es sollen Pollen bestimmt werden. Es wird mit einer Raspberry Pi Kamera beobachtet. Die hat wenn ich mich recht erinnere eine Auflösung von 1920x1680. Pollen sind relativ unterschiedlich groß soweit ich das richtig gelesen habe, aber in einer späteren Konstruktion soll das Mikroskop bzw. das Präperat bewegt werden und die Bilder sich automatisch zusammen setzen.
Arbeitsabstand ist da relativ egal so gering wie möglich soviel wie nötig. Spektralbereich auch wieder da alles Gesteuert wird könnte man RGB LEDs anbringen.
Durchlicht ist das zwischen Objektiv und Licht das Präperat ist oder? Dann das

[Bob]

Hallo Smierx,
mit einer Einzellinse á la Leeuwenhoek kommt man durchaus in diesen Vergrößerungsbereich und hat auch das entsprechende Auflösungsvermögen. Platziert vor einer Kamera wie im Smartphone müsste das mit ganz wenig Bauraum zu realisieren sein. Die Bildränder werden nicht so gut sin, aber das kann man ja durch die elektronische Abtastung ausgleichen. Für die softwaremäßige Verrechnung wäre ein perfekt abbildendes Objektiv aber einfacher. Müssen sich die Programmierer eben ein Wenig anstrengen!

Viele Grüße,

Bob

[JB]

Hallo,

Danke schon mal fuer die Zwischenmeldung. Lesen Sie sich die Mikrofibel mal durch; dort sind die Fachbegriffe erklaert.

Pollenbestimmung oder Pollenzaehlung? Die erforderliche Aufoesung zu bestimmen ist wichtig; je hoeher die erforderliche Aufloesung desto anspuchsvoller die optische Loesung. Die Sensoraufloesung ist nicht so wichtig. Entscheidend ist erst einmal die erforderliche Aufloesung des Objektivs. wenn die noch nicht bekannt ist, testen Sie erst einmal eine Reihe von vorhandenen Objektiven an einem konventionellen Mikroskop. Das kleinste Objektiv (Vergroessung und NA) das die erforderliche Details gerade noch aufloest ist Ihr Ausgangspunkt.

Es gibt uebrigens auch Mikro-Linsen fuer Smartphones. Diese sind fuer extrem kurzen Abstand zwischen Objektiv und Tubuslinse (= Handykamera) optimiert. Wenn Sie die Aufloesungstests gemacht haben koennte man ueberlegen, ob so eine Mikro-Linse fuer Smartphones vielleicht schon ausreicht.

Oder eine umgekehrte Kamera-Linse https://www.nature.com/articles/s41598-018-21543-2

Beste Gruesse,

Jon

[smierx]

Ich bin der Programmierer

Hauptsächlich Pollenbestimmung. Das testen mit vorhandenen Objektiven u.ä. ist leider nicht so einfach. Ich studiere Informatik an einer kleinen Uni bei uns gibt es keine Mikroskope weil es für keinen Studiengang benötigt wird

[Gerd Schmahl]

Hallo,
aber diejenigen, die die Pollen bestimmen wollen, müssen doch Mikroskope haben!
Soll da von einer Datenbank aus nur mit vorhandenen Fotos verglichen werden (Gesichtserkennung für Pollen)? Es sind unbedingt Kenntnisse nötig, wie die auszuwertenden Präparate gewonnen wurden. Bei der Pollenbestimmung wird ja oft mit Färbungen gearbeitet, um die bestimmungsrelewanten Merkmale überhaupt sichtbar zu machen. Für die Durchlichtmikroskopie müssen die Pollen i.d.R. eingeschlossen werden (Präparat mit Objektträger und Deckglas). Auch das Eindeckmittel hat großen Einfluss. Pollen können quellen oder austrocknen.
Bei der von Ihnen angegebenen Vergrößerung ist nicht nur eine Bewegung in X- un Y- Richtung notwendig, sondern auch in der Z-Achse, weil die Schärfentiefe hoch auflösender Objektive sehr gering ist, jedenfalls geringer als ein Pollen dick ist. Es bedarf also auch einer Feintriebsteuerung.
Ein Mikroskop, mit dem man Pollen bestimmen kann, mal eben selbst zu bauen, halte ich für sehr ambitioniert. Die Adaption einer Kamera an ein vorhandenes Mikroskop wäre wesentlich einfacher.
Beste Grüße
Gerd

[Werner]

Eine kleine Linse mit kurzer Brennweite nach Unendlich ist die asphärische Frontlinse eines DVD-Laufwerks. Die ist durch die Elektromagnete auch gleichzeitig fokussierbar und seitlich bewegbar. Slimlinelaufwerke sind wegen der Kompaktheit aber ungeeignet, die alten im Normalformat haben separat verwendbare Teile bzw. Gruppen.
Wäre vielleicht als Ansatz geeignet.

Gruß - Werner