Bau eines NIR-Durchlichtmikroskops (?)

[Stefan Lange]

Es geht alles ganz brav mit normalen Komponenten, wenn Sie bei den Tischabmessungen flexibel sind, es gibt auch genügend ganz normale Kameras, solange Sie sich nicht jenseits von  1,1 µm Wellenlängen bewegen wollen. Wir haben bei einem ähnlichen Wellenlängenbereich bei einem medizinischen Projekt (Observer) an der Uni Mainz ganz brauchbare Ergebnisse erzielt und die ursprünglich angedachte Hamamatsu Kamera als unnötig verworfen. IR-LEDs müßte man prüfen.

Werner Jülich

So in etwa hab ich mir das vorgestellt, brav mit normalen Komponenten. Aber was heisst flexibel? wären 100x100 mm drin? oder gar 150x150 mm?
edit: ich habe mir Ihre website angeschaut. Scheint durchaus möglich zu sein. Wäre denn da ein Kondensor anzubringen?

Was wäre denn der Vorteil von LEDs? Geringere Wärmeentwicklung, höhere Effizienz, einigermaßen gerichtetes Licht fallen mir spontan ein. Aber LED-Produkte sind doch allgemein teurer.



Gebrauchtgeräte habe ich mir auch bereits angeschaut. Die Angaben dazu waren jedoch meist wenig informativ. Z.b. das hier fand ich sehr interessant:

http://spectraservices2.com/Merchant2/merchant.mvc?Screen=PROD&Store_Code=SS&Product_Code=Olympus-BX61-1&Product_Count=&Category_Code=

Dem kann ich beispielsweise nicht entnehmen dass es x-y-motorisiert ist, bzw. wie weit der Tisch verfahrbar ist. Aber einzelne Teile könnte ich da sicherlich bekommen, das stimmt, z.b. ein kompletter Tubus.



Normale Silicium CCD- oder CMOS- Sensoren können auf jeden Fall IR-Bilder machen. Ich hab aus einer Webcam für 10€ den IR-Filter ausgebaut und die internen weisse LEDs gegen IR-LEDs ausgetauscht, fertig war das Nachtsichtgerät Als Filter hab ich am Imager übrigens immer einen alten GaAs Wafer genommen.



Danke für die Skizze, Jürg. So in etwa war das auch gedacht. Jedoch sollte das alles motorisiert sein, mit dem Gedanken an Lineartechnik bisher. D.h. der Tisch läuft auf Schlitten.

[Werner Jülich]

Einfach mal skizziert:
Zeiss Axio Scope.A1 mit XYZ-Motortrieb Tsich beschränkt auf 75x50 mm
50 W Durchlicht mit geeignetem Filter fürs Sperren < 800 nm, schaltbar
10x u. 20x Objektive ohne Deckglaskorrektur
Binotubus mit Fotoausgang
IcC1mono
AxioVision (ersatzweise Bonntec Imaging MOT)

Werner Jülich

[Stefan Lange]

Bezüglich der Kameraadaption drängt sich mir noch eine technische Verständnisfrage auf:

Übernimmt ein Kameraadapter die Funktion einer Tubuslinse? D.h. Sind die optischen Bauteile im Strahlengang ganz einfach:

Objektiv - Kameraadapter - Kamera

oder ist da noch mehr Optik drin?

[Werner Jülich]

Die Tubuslinse ist erforderlich

Werner Jülich

[Stefan Lange]

Hallo,

ich hab das Projekt neben meiner Abschlussarbeit her weitergeführt und bin jetzt fast am Ziel. Ich beschreib mal die (optischen) Komponenten die ich bisher ausgewählt und getestet hab.

- Kamera: IDS, 1.3MP, CMOS, USB
- Objektive: Mitutoyo M Plan 5x (NA=0.14), 10x (NA=0.28)
- Beleuchtung: LED, 950nm, 3mW

Zum Vergleich, das Zeiss-System was ich bisher benutzte:

- Kamera: Zeiss AxioCam HRm mit Peltierkühlung und Billiarden von Megapixeln ^^ (na, zum vergleich hab ich auch vergleichbare 1.4 MP genommen)
- Objektive Zeiss EC Epiplan Neofluar 5x (NA=0.13), Zeiss EC Epiplan Apochromat 10x (NA=0.3)
- Beleuchtung: 100W Halogen mit allen üblichen optischen Komponenten und am Ende einem Kondensor (Ich weiss nicht genau was alles, aber Premiumprodukte von Zeiss...).

Eine Tubuslinse hab ich übrigens nicht benötigt. Die Kamera ist direkt durch den "hohlen" Tubus über dem Objektiv befestigt. Oder war die Tubuslinse dann vielleicht bereits am Obktiv angebracht? Ich hab den Strahlengang ehrlich gesagt nicht 100%ig verstanden. Außerdem hab ich Mitutoyo NIR-korrigierte getestet, bringen keinen Vorteil (klar, bei dem engen Frequenzband). Die LED hatte im Vergleich zu einer 100 W Halogen (mit Diffusor) bessere Intesität und ist angenehmer zu handeln, da sie nicht heiss oder auch nur warm wird.

Allerdings komm ich nicht ganz an die Qualität des Zeiss hin. Gerade für Objekte um die 2µm und darunter sind vor allem der Kontrast und die Schärfe am Zeiss besser. Am eigenen Aufbau treten zum Teil auch Interferenzringe um die Objekte auf. Ich dachte erst das rührt von der quasi monochromatischen Beleuchtung, jedoch trat es auch bei der Halogenlampe auf. Hier mal ein Vergleich:

Zeiss:

http://imageshack.us/photo/my-images/205/zeiss.jpg/



Eigenes

http://imageshack.us/photo/my-images/9/eigenes.jpg/



Skalierungsfaktor bei beiden Bildern ist etwa 0.66µm pro Pixel, d.h. Bildweiten von ca. um 1 mm. Beim Zeiss hab ich zum besseren Vergleich noch die Helligkeit angepasst.

Was meint Ihr woran die große Differenz der Qualität liegen könnte? Ich tippe ja auf die Beleuchtung, d.h. ich bräuchte vielleicht noch einen Kondensor mit Aperturblende und weiteren Komponenten. Aber möglicherweise sind die Objektive von Zeiss einfach besser. Teurer sind sie zumindest. Ich dachte aber immer Mitutoyo liefert auch nur Top-Produkte. Was könnte ich noch rausholen??



Wegen der Motorisierung hab ich einen Händler gefunden der ganz gute System anbietet. D.h. er benutzt Märzhäusertische und fertigt Grundplatten und Stative, die zusammen montiert werden. Ans Stativ kommt dann eine Achse mit Schrittmotor, wo Objektiv und Kamera befestigt sind. Ich hab es gesehen und es sieht vertrauenserweckend aus. Allerdings hab ich mich jetzt auf 100x100 beschränkt, alles andere ist einfach kein Standard mehr und damit zu kostenintensiv.

Allerdings will ich die Optik noch optimieren und frage hier, ob mir einer Tipps geben kann


LG,

Stefan Lange

[Werner Jülich]

Hallo Stefan,
wer bei Unendlichoptik auf die Tubuslinse verzichtet, arbeitet suboptimal, das einmal vorweg.
Der Rest ist bei diesen Bildern nicht zu bewerten, daher die Bitte, einmal ein einfaches Präparat aufzunehmen, dann kann man besser raten.
Bei den unterschiedlichen Aufbauten traue ich mir jedenfalls keine Fehleranalyse zu.
Werner Jülich

[Stefan Lange]

Hallo,

die Möglichkeit ein "einfaches Präparat" habe ich momentan nicht. Sobald es wieder möglich ist, werde ich es tun.

Das mit der Tubusline ist schonmal ein guter Tipp. Ein Objektiv mit Tubus und Kamera wurde mir so angeboten, ohne Tubuslinse, darum ging ich davon aus dass das schon seine Richtigkeit hat. Aber ich werde mich nochmal genauer informieren müssen. Ich fand es immer etwas schwer zu diesem Thema umfassende und vollständige Informationen zu bekommen.

Falls jemandem sonst noch etwas einfällt, ich bin für jegliche Spekulation dankbar. Oder falls mir jemand erklären möchte was so eine Tubuslinse genau macht. Ich habe zwar diesen guten Thread hier gefunden, aber das mit der Tubuslinse hat sich mir noch nicht ganz erschlossen: http://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=268.0. Wie ich das verstanden hatte kümmert sie sich vor allem um die chromatische Abberration, die ich ja dank quasi einer Wellenlänge nicht haben dürfte.

LG,
Stefan Lange

[Microflash]

Interessante Diskussion. Ich selbst beschaeftige mich mit regulaerer (bislang nicht am Mikroskop) IR-Fotografie mit einer DSLR Kamera, was sehr gut klappt. Es muesste doch eigentlich auch gehen, wenn man einfach einen 720 nm IR Fotofilter auf die Austrittsoeffnung der Halogenlampe am Mikroskopstativ legt und dann eben bei einer entsprechend langen Belichtungszeit das Foto aufnimmt (so mache ich das zumindest mit meiner regulaeren IR Fotografie, wo der 720 nm Filter vor das Objektiv geschraubt wird). Sich bewegende Objekte kann man dann natuerlich nicht aufnehmen, dazu braeuchte man dann eine modifizierte DSLR, bei der der sog. hot mirror Filter vor dem opt. Sensor entfernt ist. Hat das mal jemand probiert?

[Stefan Lange]

DSLR-Kameras haben den Vorteil dass sie auch schon im unteren Preissegment die besten Chips verwenden. Ich habe die Vermutung, dass man vergleichbare Chips auch in "wissenschatlichen Kameras" bekommt, nur dann aber mehrere 1000 Euro hinblättert. Eigentlich würde ich mich auch gerne auf diesem Markt bedienen. Aber einerseits weiss ich nicht ob das Bayer Pattern stören würde und andererseits weiss ich auch nicht wie ich die Elektronik ansteuern könnte, bzw. sie dahingehend zu modifizieren. Schnell genug wäre sie zumindest wenn ich mir die Serienbilder-Funktion einer älteren Canon EOS400 eines Freundes anschaue. Und mittlerweile gibt es afaik schon bessere Kameras für 400 Euro und weniger. Blöd für mich, aber keiner lässt sich gerne das Geschäft vermiesen  ^^

Ich mein die Zeiss HRm kostet um die 11.000 Euro. Sie hat zwar eine Peltierkühlung, aber ich glaube nicht dass das alleine so viel ausmacht und auch den Preis so sehr in die Höhe treibt. Das ist wie mit Apple, man kann sich nen PowerMac für 3000 Euro kaufen oder für 600 selbst zusammenbauen (ja, hab ich mit eigenen Augen erlebt).

Wobei ich dazu sagen muss, dass das mit den Chips bisher nur ein Vermutung ist. Ich hatte noch nicht die Zeit einzelne Chips aus Mikroskop- und DSLR-Kameras zu vergleichen.

[Stefan_O]

Bei (fast) monochromen Licht im roten Bereich habe ich mit meiner Farbkamera (Jenoptik C5cool) schlechte Erfahrungen gemacht. Ich bin mir sehr sicher, dass die Bayer-Maske das Problem ist. Wenn 75% der Sensor-Pixel nicht gebraucht werden, leidet die Bildqualität und die Belichtungsmessung mag auch nicht recht. Ich habe mir die passende Monochrom-Kamera dazu bestellt. Bei NIR/IR sollte man darauf achten, dass der Sensor keinen IR Schutzfilter hat, die meisten Sensoren haben einen. Daher bin ich nicht sicher ob eine normale DLSR geeignet wäre, von der Maske mal abgesehen.

Gruss,
Stefan

[peter-h]

Einige Beispiele wie Aufnahmen im IR möglich sind.


Zunächst mit einer CMOS-Kamera und weißer LED, Teilbereich Bienenbein


Halogenleuchte mit Schott RG 1000 / 3mm, monochrome Kamera DMK72


Halogenleuchte mit Schott RG 1000 / 3mm, Farbkamera mit IR-Sperrfilter DFK72 , längste Bel.zeit, höchste Verstärkung, 4x Binning ! ..... und trotzdem kaum ein Bild


Halogenleuchte mit Schott RG 1000 / 3mm, CCD-Farbkamera DBK41 ohne IR-Sperrfilter. Alle 3 Farbkanäle zeigen etwa gleiche Schwärzung. Somit der Beweis, dass die Bayermaske im IR fast wirkungslos ist, sonst dürften Blau- und Grünkanal kein Signal zeigen. Fazit : Eine monochrome Kamera und entsprechende Filterkombination lassen bis ca. 1000nm gute Aufnahmen zu.

Viel Spass
Peter

[Microflash]

Einige Beispiele wie Aufnahmen im IR möglich sind.


Halogenleuchte mit Schott RG 1000 / 3mm, Farbkamera mit IR-Sperrfilter DFK72 , längste Bel.zeit, höchste Verstärkung, 4x Binning ! ..... und trotzdem kaum ein Bild

Viel Spass
Peter

Hallo Peter,
Vielen Dank fuer den Vergleich. Allerdings vermute ich, dass die oben dargestellte IR Aufnahme schlicht unscharf ist. Im IR aendert sich der Fokus, was immer bei IR Aufnahmen zu beachten ist.

Beste Gruesse,
Martin

[peter-h]

Hallo Martin,

nun ja es sieht unscharf aus. Aber bitte bedenken dass die Aufnahme mit der monochromen DMK72 eine 5 MPixel Aufnahme ist und runtergerechnet wurde und die flaue Aufnahme hatte durch das Binning nur noch 640 x 480 Pixel. Es wurden übrigens 10 Bilder per HF gestackt. Hier wirkt einfach das IR-Sperrfilter so wie es soll  Meine alte Olympus C 3040 hat bei IR wieder ganz andere Eigenschaften.

Gruß
Peter

[Microflash]

Hallo Martin,

nun ja es sieht unscharf aus. Aber bitte bedenken dass die Aufnahme mit der monochromen DMK72 eine 5 MPixel Aufnahme ist und runtergerechnet wurde und die flaue Aufnahme hatte durch das Binning nur noch 640 x 480 Pixel. Es wurden übrigens 10 Bilder per HF gestackt. Hier wirkt einfach das IR-Sperrfilter so wie es soll   Meine alte Olympus C 3040 hat bei IR wieder ganz andere Eigenschaften.

Gruß
Peter

Hi Peter,

Ich habe das nun einfach mal selbst ausprobiert. Verwendet habe ich meine alte, unmodifizerte Canon 8 MPixel Rebel XT (350D) DSLR mit Sperrfilter, die ich fuer IR Aufnahmen nutze zusammen mit einem Hoya R72 Filter, den ich auf die Austrittslinse der Halogenleuchte meines Mikroskops legte. Die folgende IR Aufnahme ist bei 1.3 Sekunden Belichtungszeit und ISO 200 entstanden und zeigt einen Bestandteil des Inneren eines Ascaris (ein Parasit)-Querschnitts bei 360-facher (200x1.6) Vergroesserung:



Hier noch der Vergleich zum regulaeren Farbfoto desselben Objekts:



Man kann also gute IR Aufnahmen mit recht einfachen Mitteln erzielen.

Beste Gruesse,
Martin

[peter-h]

Hallo Martin,
zwischen einem Hoya R72 und einem Schott RG1000 liegen aber auch Welten ! Da hätte ich mich nicht anstrengen müssen 
Gruß
Peter