Eigenbau/Verbesserung eines USB-Mikroskops

[Werner]

Liebes Forum!

Folgenden Text hatte ich als Anhängsel zu Peter V´s Artikel "USB Digitalmikroskop DNT digimcro 2.0 scale: Nettes Spielzeug mit Gebrauchswert" geklebt. Da es mir aber um Kontakte/Diskussionen zu diesem Komplex geht, habe ich ihn nochmal als neues Thema aufgemacht. Ist also jetzt doppelt da.

Erfahrungsbericht / Umbau eines "USB-Mikroskops".

Meine Tochter wollte vor zwei Jahren das Wachstum einer Bakterienkolonie in einer Petrischale im Brutschrank live dokumentieren.
Wegen der verschmerzbaren Kosten im Fall eines Totalverlusts fiel die Wahl auf solch ein USB-Mikroskop (1,3Mpixel).
Die Halterung ist auf bayrisch ein "Schinder-Glump". Ein Umbau war vonnöten. Die "Zigarre" paßte aber genau in das Hinterteil eines Alu-Staubsaugerrohres. Ein kurzes Laborstativ mit allseits verstellbarem Knickarm zur Grobjustage wurde die neue Basis. An den Arm kam ein präziser Schlitten mit M3-Gewindeantrieb zur Fokussierung. Die Vergrößerungseinstellung erfolgt ja durch Verschieben eines Linsensystems in der Cam (nach Abbildungsgleichung), die Fokussierung über den Abstand zum Objekt. Da das Teil in einen Brutschrank sollte, wurde alles aus Aluminium und Edelstahl gefertigt.
Ein kurzes Folienkabel aus einem Drucker sorgte dafür, daß die Tür auch zuging.
Die Videoübertragung blieb wegen der Kürze des zwischengelöteten Folienkabels tadellos. In das Anschlußkästchen zwischen Folie und USB-Kabel kam noch eine Helligkeitsregelung für zwei Leuchtdioden.

Das Problem war die Beleuchtung! Die eingebauten Leds gaben sichtbare Spots im Agar, sie wurden abgelötet. Eine Glühlampenbeleuchtung im Brutschrank brachte nur flaue Bilder (kein Kontrast im Vergleich zu weißen Leds).
Der Grund ist die Empfindlichkeit des CCD-Sensors fürs nahe Infrarot, das Sperrfilter vor dem Chip ist zu minderwertig.
- Deshalb kann man auch mit einer Digicam (garantiert mit älteren) testen, ob die IR-Fernbedienung geht - ausprobieren!
- Andererseits kann man dann aber auch IR-Fotos machen (IR-Fotografie googeln) oder Dunst bei Teleaufnahmen beseitigen (ein Sperrfilter fürs sichtbare Licht habe ich schon gekauft). Zurück zum Thema.
Mit seitlicher Led-Beleuchtung ergaben sich die besten Bilder. Eine Led-Halterung mit starkem Kupferdraht hat sich nicht bewährt, der federt mit jedem Biegen immer mehr, furchtbare Fummelei, Ausglühen geht nicht.
Als Abhilfe wurden drei Blechstreifen aus magnetischen Edelstahl und Neodymmagnet-Scheiben genommen.
(Die Streifen aus einer Tortenschaufel gesägt, die Magnete aus CD-Laufwerken). Die Led kam in eine Blechhülse auf eine Magnetscheibe mit dünnem Kupferddraht als Stromzufuhr. Ein Blechstreifen wurde am Stativ befestigt, die anderen am Ende abgewinkelt. Verbindungselemente sind die Magnetscheiben. Jetzt kann die Led an einer beliebigen Stelle im Raum positioniert werden, durch die starken Magnete bleibt sie da stehen, wo man losgelassen hat.
Zwei solche Arme wurden angebracht.
- dummerweise habe ich keine Fotos gemacht, da hätte ich nicht so viel schreiben müssen - das Teil ist in Zürich

Die Lösung mit den Magneten finde ich so brauchbar, daß ich das in größerer Ausführung auch für mein Stemi bauen will.
Die gewaltige original Zeissbeleuchtung ist mir immer im Weg oder sie leuchtet an die falsche Stelle und man muß sehr fest klemmen und das Lösen kostet dann auch Kraft. Ein Ringlicht ist aber auch nicht immer optimal.
Außerdem möchte ich mir einen magnetisch geführten Objekthalter mit Krokodilklemme bauen, damit z.B. ein Pflanzenteil leicht dreh- und verschiebbar ist - und das gefällt meiner Frau dann auch. Flache Teile braucht man ja nur auf den Tisch zu legen.

Eine Warnung für Nachbauwillige: Die Neodymmagnete sind rundherum vernickelt (zerfallen an Luft ohne Korrosionsschutz), zum Löten braucht man einen starken Lötkolben (100W), damit das Lötzinn schnell fließt. Aber eine Sekunde zu lange gelötet und die Magnete sind keine mehr!
Sie sind ganz schwach geworden. Das kann man dann in Wikipedia nachlesen. Abhilfe ist: gut entfetten und mit Uhu-Plus kleben - das geht!

Vom Prinzip her ist das USB-Mikroskop ja sehr brauchbar, bis auf die billige Ausführung.
Ich nahm ein zweites bei geringer Vergrößerung zum Begutachten von Elektronik. Auf den heutigen Bauteilen von 1x2 mm stehen drei Zahlen, die das Teil spezifizieren. Das ist nur mit der Lupe zu lesen. Aber wenn man mit der Rübe nicht hinkommt, hilft dieses Mikroskop und man liest vom Bildschirm ab (quasi ein Seh-Finger).
Mit einem Endoskop habe ich auch schon geliebäugelt. Aber in den Auktionen sind viele optische kaputt und neue Video-Endoskope mit Medizin-Aufschlag versehen. Bei Service-Endoskopen schwanke ich noch.
- hat jemand Erfahrung mit solchen Teilen?

Überlegung für weitere Verbesserung:
Metall statt Plastik.
Beleuchtung: Unbedingt Led, wegen der IR-Empfindlichkeit der Kamera.
Eine Kombination von rot-grün-blau habe ich noch nicht probiert, vielleicht gibt das eine Kontrastberbesserung.
Eine weiße Led ist immer brauchbar. Weiße Leds enthalten als Emitter eine UV-Led und genau den Farbstoff, der auch in den Leuchtstoffröhren ist (warmton oder kalt). Der Lichttechnische Vorteil gegenüber diesen ist das Fehlen der überlagerten Spektrallinien von Quecksilber (oder Neon bei den neuen) sowie die Flimmerfreiheit, weil die Leds ja  mit Gleichstrom betrieben werden. Sie sind leicht regelbar, bis auf den untersten Bereich, da gibts bei den superhellen Leds nur "dunkel" oder "doch schon zu hell". Verdunkeln nur durch Blende (wenn möglich) oder Graufilter machbar.
Auswahl der Optik: Wichtig für die gute Abbildung ist die Einhaltung der Sinusbedingung. Fernrohre und Fotoobjektive sind auf Unendlich korrigiert. Deshalb gibt es bei Makroaufnahmen die Vorsatzlinsen oder den manchmal funktionierenden Trick, das Objektiv umzudrehen. Mikroskopobjektive sind nahkorrigiert, aber korrekt nur in Verbindung mit dem Okular. Planobjektive - weiß ich nicht - ist das Zwischenbild wirklich eben? - aber jedenfalls teuer.
Es gibt aber noch andere nahkorrigierte Objektive! Heißt: Fehlerarme Abbildung einer Ebene in eine andere Ebene, der CCD-Chip ist ja eben.
Das sind die Foto-Vergrößerungsgeräte (Reprostative) (Reprokameras zu groß und selten), Fotokopierer und Flachbettscanner mit Optik.
Weiterhin gibt es Mikrofilm-Leser mit PLANER Mattscheibe - warscheinllich am besten für um die 40x. Bei den anderen werden die Fehler über die Mattscheibenkrümmung kompensiert. Die erwähnten Objektive habe ich schon gesammelt, Vorversuche mit einem Balgengerät sind ermutigend.

Hat jemand auch Ambitionen für einen Selbstbau?

Frage: Wie kann man die Abbildungsfehler messen? XY-Mikroskop für eine optische Bank?
Ausmessung eines Kamerabildes am Bildschirm?
Hat jemand Erfahrung?
Verschiedenfarbige Leds, Monochromator und Lichtleiter wären da.

Grüße aus Oberaudorf   -  Werner