Infrarot-Mikrofotografie

[wilfried48]

Hallo zusammen,

ich habe die Aufgabe Infrarot Mikroskopie an mikromechanischen Bauteilen (MEMS-Chips) aus Silizium zur Fehleranalytik zu betreiben.
Dafür habe ich ein älteres Zeiss Axioplan mit Fotoadaption und Zeiss Monochrom Kamera MRm
auf Infrarot umgerüstet. D.h. den Wärmeschutzfilter aus der Halogenbeleuchtung entfernt und durch einen Longpassfilter mit cut on von 950 nm vor der Kamera ersetzt.
Das ganze funktioniert auch schon recht gut und ich kann die innere Mikrostruktur der ungeöffneten Chips mit einer Gesamtdicke von ca. 550µm gut darstellen.
Leider hat die veraltete Monochromkamera nur 1,3 MPixel und ist für eine schnelle Routinekontrolle viel zu langsam und das Bildfeld ist auch unzureichend.
Da bin ich von der Canon DSLR im sichbaren Licht am gleichen Mikroskop schon deutlich besseres gewohnt.
Nun gibt es für die normale Infrarotfotografie im Astrobereich ja modifizierte Canon DSLRs.
z.B. hier:
https://www.astro-shop.com/canon-eos-2000d-body-modifiziert-fuer-infrarotfotografie.html?c=29

hat jemand Erfahrung mit einer solchen Kamera oder kann mir eine bezahlbare andere Kamera für die Infrarotmikroskopie empfehlen ?

viele Grüße
Wilfried

[Thomas Böder]

Infrarotfotografie geht mit jeder halbwegs guten Systemkamera.
Der Haken ist halt, man muss leider länger belichten.
Das habe ich schon gemacht und das funktioniert auch gut.
Ich würde mir an deiner Stelle mal testweise eine alte Canon DSLR schnappen und den Filter vor dem Chip entfernen.
Und dann mal fotografieren.

[Nochnmikroskop]

Hallo Wilfried,

ich habe mir bei einem Händler bei Kleinanzeigen eine bereits modifizierte Canon 700D gekauft (mit Garantie).
Einfach den Filter vor dem Sensor entfernen ist nicht ausreichend, das ganze System muss neu justiert werden, lt. der Umbauer solcher Astrocams.

LG Frank

Edit 19:05 Uhr:
 https://www.kleinanzeigen.de/s-anzeige/canon-700da-astrokamera-2-jahre-gewaehrleistung-h-alpha-astromod/2885148542-245-8638

[peter-h]

Hallo Wilfried,

ich nehme dafür eine Astrokamera ZWO ASI 178mm. Gerade die 14 bit und die vielen Möglichkeiten sind ideal. Ich will jetzt nicht die ganze Beschreibung hier einstellen, aber im Netz ist alles gut beschrieben. Dazu noch die SW SharpCap.
Auch für Ha Aufnahmen am Teleskop super.


Schöne Grüße
Peter

[Aljoscha]

Hallo,

Ich habe eine auf IR umgebaute Canon. Das funktioniert ausgezeichnet. Die Belichtungszeiten sind ähnlich wie bei Fotografie mit sichtbarem Licht. Man braucht für die Kamera einen IR-Filter, weil das sichtbare Licht sonst zu sehr stört und muss den Weißabgleich anpassen. Ansonsten alles wie normal, sogar der Autofokus funktioniert tadellos.

Bei den meisten Kameras kostet der Umbau allerdings die automatische Sensorreinigung. Das bedeutet, man vermeidet Objektivwechsel besser, oder man putzt permanent.

@Wilfried: Ich kann die Kamera zum Testen am Mikroskop leihen.

Viele Grüße

Alexander

[Lupus]

Hallo Wilfried,

ich würde eine Mono-Kamera verwenden, die man im Astro-Bereich in einiger Auswahl erhält. Eine ähnliche Kamera vom gleichen Hersteller wie von Peter empfohlen, mit 8.3 MP wäre diese
https://www.teleskop-express.de/de/asi-zwo-129/kameras-deep-sky-ungekuehlt-17/zwo-asi678mc-farb-usb3-0-astrokamera-sensor-d-8-86-mm-2-0-m-pixelgroesse-17893
Der Vorteil ist dass hier meist der Infrarotbereich etwas empfindlicher ist als bei Consumer-Farbkameras, auch nach Entfernung des Filters.

Wenn man die spektrale Empfindlichkeit dieser SW-Kamera 
https://www.teleskop-express.de/media/bilder/shop/zwoptical/zwo-asi678mm-07-cmos-camera-mono-1000.jpg mit der eines typischen Canon-Sensors vergleicht  https://www.researchgate.net/publication/350712162/figure/fig5/AS:1010184143007754@1617858076972/Red-green-blue-RGB-quantum-efficiency-of-the-Canon-Rebel-EOS-CMOS-sensor-the.png
sieht man den Unterschied. Bei 900 nm wären es noch 60% gegenüber 20% Empfindlichkeit des Canon-Sensors.

Hubert

[K. B.]

Hallo,

aus Erfahrung kann ich jedem davon abraten selbst einen Versuch zum Astroumbau einer Kamera vor zu nehmen, wenn man es überhaupt schafft die Kamera bis zum Filter auseinander zu legen, dann zerstört man sie meistens bei dem Versuch den Filter vom Sensor zu entfernen.
Der Zusammenbau ist zumindest bei Canon auch schwierig, vor allem weil alle schrauben unterschiedlich lang sind und man schnell eine Platine killt.

Nach einigen Fehlversuchen hab ich gerne die ~230€ für eine schon modifizierte etwas ältere Kamera ausgegeben.

Häufig kann man auch für etwas Geld einen Filter zum einclipsen dazu kaufen, mit dem man die Kamera auch normal nutzen kann.
Meine Kamera nutze ich mit Filter am Mikroskop und sonst zur Infrarotfotographie mit Objektiv.

Ich würde sagen die umgebauten älteren Modelle sollten auch schon für die Mikrofotografie reichen und sind mit 200-300€ auch etwas günstiger als die 2000d oder sehr teure monochrome Astrokameras.

Viele Grüße
Kay

[wilfried48]

Hallo zusammen,

vielen Dank für die informativen Antworten.

Ich neige dazu eine Monochrome Astrokamera zu beschaffen, aber die von Peter und Hubert vorgeschlagenen haben leider eine noch kleinere Chipdiagonale als meine bis jetzt verwendete Zeiss MRm (nur 8,2 gegenüber jetzt 11mm).
Angehängt ein Infrarotbild der Innereien eines MEMS (Lagesensor der sich in den meisten Smartphones befindet) mit meiner bisherigen Ausrüstung: Zeiss Axioplan, PlanNeofluar 10x, Zeiss Monochromkamera MRm.
Die Canon hätte da mit ihrem großen Halbformat Chip natürlich große Vorteile und man könnte sie mit einem Infrarot  Sperrfilter auch noch für die normale Farbfotografie am Mikroskop verwenden.
Andererseits ist der Vergleich von Hubert bezüglich der höheren Empfindlichkeit der monochromen Astrokamera von 60% bei 900nm gegenüber 20% der Canon schon ein Argument. Ich überlege daher eine Monochrome Astrokamera mit größerer Chipdiagonalen zu beschaffen wie z.B. diese hier:
https://www.teleskop-express.de/de/astrofotografie-und-fotografie-15/deep-sky-kameras-ungekuehlt-17/zwo-asi183mm-usb3-0-sw-cmos-kamera-sensor-d-15-9-mm-2-4-m-pixel-10229
Aber leider scheint der größere Chip auch wiederum nur 20 % Infrarotempfindlichkeit bei 900 nm zu haben.
Ich werde wohl mal bei der Firma anfragen, ob ich beide Modelle zu Ansicht haben kann.

viele Grüße
Wilfried

Edit: Objektivvergrößerung auf 10x PlanNeofluar korrigiert

[Lupus]

Hallo Wilfried,

warum passt Du nicht die Kameraadaption an die Sensorgröße an?

Hubert

[TStein]

Hallo Wilfried, hallo in die Runde,

ich denke die von Hubert angegebene QE Kurve mit 60% bei 900nm ist im besten Falle missverständlich, wenn nicht falsch. Sony gibt nämlich immer nur die "relative Sensitivity" an, was nicht der QE entspricht.
Hier auf der Seite sind die aktuellen CMOS-Sensoren von Sony auf wissenschaftlicher Basis verglichen und da landen alle bei 900nm eher um die 10-13% QE: https://scientificimaging.com/knowledge-base/qe-curves-for-cmos-imagers/
Es gibt aber von einigen Herstellern spezielle NIR-enhanced Cmos, wie beispielweise CMOSIS. Da müsste man sich mal schlau machen, was möglich ist.
Aber grundlegend falsch machen kann man eigentlich nichts, da bei der Mikroskopie mit ausreichend Licht die eigentliche Empfindlichkeit doch eher zweitrangig ist. Was ein bisschen Probleme bereiten kann, ist das erhöhte Übersprechen zwischen den Pixeln im NIR.

Vg Tino

[wilfried48]

Hallo Wilfried,

warum passt Du nicht die Kameraadaption an die Sensorgröße an?

Hubert

Hallo Hubert,

das könnte man natürlich tun, aber für die Zeiss Trennstelle 44 gibt es leider nur einen optiklosen 1x Kameraadapter.
Und falls es einen mit einer entsprechenden Verkleinerungsoptik gäbe, wäre er locker etwa genau so teuer wie eine Canon DSLR Astro oder eine Monochrome Astrokamera mit größerem Chip.
Ausserdem ist es qualitätsmäßig immer besser man passt die Chipgröße dem Sehfeld an, als mit einer Verkleinerungsoptik das Sehfeld der Chipgröße.

viele Grüße
Wilfried

[Aljoscha]

... aber für die Zeiss Trennstelle 44 gibt es leider nur einen optiklosen 1x Kameraadapter.
Und falls es einen mit einer entsprechenden Verkleinerungsoptik gäbe, wäre er locker etwa genau so teuer wie eine Canon DSLR Astro oder eine Monochrome Astrokamera mit größerem Chip.

Hallo Wilfried,

Von Zeiss sind Adapter 0.63 und 0.50 für die Schnittstelle 44 nach wie vor lieferbar. Was die Preise anbelangt, hast Du allerdings recht.

Auf Ebay wird gerade eine Panasonic G2 mit Infrarotumbau für kleines Geld angeboten. Die kann man mit dem 1X-C-Mount-Adapter 45 29 95 und einem einfachen Adapter C-Mount auf MFT preiswert und parfokal adaptieren. Ich würde eher so einen Weg gehen, als eine exotische Spezialkamera zu kaufen, die anschließend die hohen Erwartungen doch nicht erfüllt.

Viele Grüße

Alexander

[peter-h]

Noch ein Gedanke zur Wahl der Kamera. Jede Farbkamera hat eine Bayermaske für die Erzeugung der 3 Farbkanäle. Wenn ich nun durch Filter dafür sorge, dass nur z.B. der Rotkanal eine Information bekommt, so bleiben die beiden anderen Kanäle ohne Info, bzw. sie erzugen Rauschen. Schlimmster Fall: das aufgenommene Bild wird durch den Kamerarechner in ein Graubild gewandelt. 1x Info + 2x Rauschen.
Man kann auch die Kanäle trennen und nur den Rotkanal verwenden. Oft aber nur als 8 bit Version.
Daher meine Ablehnung einer Consumer Kamera für monochrome Nutzung.

Grüße
Peter

[rlu]

Hallo Wilfried,

kannst du erklären, was die Vorteile von der Infrarot-Mikroskopie sind?
Vielleicht können sich die anderen dazu auch äußern, für was sie das verwenden.

Kann man da tiefer in die Strukturen reinschauen? Funktioniert das nur wenn das Bauteil betrieben wird, also an der Betriebs-Spannung hängt?

ich habe die Aufgabe Infrarot Mikroskopie an mikromechanischen Bauteilen (MEMS-Chips) aus Silizium zur Fehleranalytik zu betreiben.

Liebe Grüße
Rudolf

[TStein]

Hallo Peter,

die Bayer-RGB Maske ist ab 800nm Wellenlänge im Grunde transparent. Dh. der Sensor verhält sich dann wie die monochrome Variante.
Siehe hier: https://www.researchgate.net/figure/Typical-transmittance-curves-of-the-RGB-filters-of-the-silicon-sensor-found-in-the_fig2_263390471
Deshalb haben auch alle Kameras einen speziellen UV/IR Blocking Filter vor dem Sensor, da UV und IR-Licht den Kontrast und die Farbbrillianz verschlechtern. Diesen kann man aber wie schon geschrieben mit mehr oder weniger Aufwand reversibel entfernen.
Vllt. auch kurz ein Kommentar zur IR-Mikroskopie, bzw. IR-Fotografie, auch wenn ich nicht angesprochen wurde.
Im nahen Infrarot werden viele Materialien transparent, wie bspw. Silizium. Man kann also in die Chips reinschauen. Nur dummerweise sind die Photodioden der CCD und Cmos-Sensoren auch aus Silizium. Dh. diese werden auch transparent und Absorbieren die Photonen nicht mehr. Daher geht auch die Quanteneffizienz der Standard-Chips recht erwartbar in die Knie. Was hier hilft sind große Pixel mit einer ausreichenden Dicke, für die immer geringer werdende Absorption.
Oder man nimmt halt andere Sensormaterialien, wie InGaAs oder exotische Quantum-Dot Beschichtungen.

Lg Tino