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Die Welt der Mikroskopie

Das Mikroskop-Sichtfeld (FOV) ist der maximal sichtbare Bereich beim Blick durch das Mikroskopokular (Okular-FOV) oder die wissenschaftliche Kamera (Kamera-FOV), normalerweise als Durchmessermessung angegeben (Abbildung 1). Die Maximierung des Sichtfelds ist für viele Anwendungen wünschenswert, da der erhöhte Durchsatz dazu führt, dass mehr Daten gesammelt werden, was eine bessere statistische Messung zum Erkennen subtiler Effekte ergibt und auch die am Mikroskop benötigte Zeit verringert.

Abbildung 1: Mikroskop-Sichtfeld gemessen als Durchmesser Das Sichtfeld eines Mikroskops wird letztendlich durch eine Reihe von Faktoren begrenzt, wie z. B. das Objektiv, den Tubusdurchmesser der internen Optik des Mikroskops, die Okulare, die Sensorgröße der wissenschaftlichen Kamera und den Kameramontageadapter

Normalerweise ist es möglich, das maximale Sichtfeld des Mikroskops anhand der auf den Okularen und einigen Objektiven angezeigten Feldzahl (FN) zu ermitteln. Die Feldzahl ist einfach das maximale Sichtfeld des gemessenen Durchmessers des Objektivs oder Okulars in Millimetern, so dass eine Objektivlinse mit einer Feldzahl von 18 ein maximales Sichtfeld von 18 mm hätte. Die Feldnummer geht jedoch immer von keiner Vergrößerung aus. Um das tatsächliche Sichtfeld zu berechnen, sollte die Feldnummer durch die Objektivvergrößerung geteilt werden:

Sichtfeld = Feldnummer ÷ Objektvergrößerung Ein 20x Objektiv mit einer Feldzahl von 18 hätte tatsächlich ein FOV von 0,9 mm. Ebenso hätte ein 100x-Objektiv mit einer Feldzahl von 18 ein FOV von 0,18 mm. Je stärker ein Objekt vergrößert wird, desto kleiner wird das Sichtfeld. Wenn Sie das Sichtfeld vergrößern möchten, sollte daher immer eine der ersten Überlegungen sein, ob es möglich ist, die Vergrößerung zu verringern (Abbildung 2).

Abbildung 2: Sichtfeldverkleinerung mit zunehmender Vergrößerung. Die sichtbare Länge der Strichplatte beträgt ~0,6 mm bei 20-facher Vergrößerung, aber ~0,25 mm bei 50-facher Vergrößerung und nur ~0,12 mm bei 100-facher Vergrößerung. Passendes Sichtfeld der wissenschaftlichen Kamera zum Sichtfeld des Mikroskops.

Die Verwendung der Feldnummer zur Berechnung des FOV des Mikroskops funktioniert gut bei der Bildgebung mit Okularen, jedoch nicht bei der Bildgebung mit einer wissenschaftlichen Kamera. Wie die meisten Digitalkameras verwenden wissenschaftliche Kameras quadratische oder rechteckige Sensoren. Dies bedeutet, dass eine wissenschaftliche Kamera nicht das gesamte kreisförmige Sichtfeld erfassen kann, zu dem das Mikroskop fähig ist. Stattdessen muss das FOV der Kamera in das FOV des Mikroskops passen (Abbildung 3).

In den Datenblättern der Kamera wird das Sichtfeld der Kamera als Diagonalmaß (normalerweise in Millimetern) angezeigt. Idealerweise sollte das diagonale Kamera-FOV dem Durchmesser des Mikroskop-FOV entsprechen, um so viel wie möglich vom verfügbaren Bild zu erfassen. Dies bedeutet jedoch, dass das horizontale und vertikale Sichtfeld der Kamera kleiner als der Mikroskopdurchmesser ist.

Es ist möglich, eine Kamera mit einem größeren diagonalen Sichtfeld als das Mikroskop zu verwenden, um das gesamte Sichtfeld des Mikroskops zu erfassen (Abbildung 4). Dies ist jedoch nicht optimal, da es an den Ecken des Bildes zu erheblicher Vignettierung kommt. Idealerweise sollte bei der Auswahl einer wissenschaftlichen Kamera ein diagonales Sichtfeld vorhanden sein, das den Spezifikationen des Mikroskops entspricht, mit dem sie verwendet wird.

Abbildung 3: Eine wissenschaftliche Kamera mit einem FOV von 18 mm Diagonale passt ideal zu einem 18 mm FOV eines Mikroskops. Die x- und y-Seiten des Kamerasensors messen 12,7 mm, um dieses diagonale Sichtfeld zu berücksichtigen.

Abbildung 4: Ein Kamerasensor mit einem größeren diagonalen FOV als das Mikroskop-FOV würde eine starke Vignettierung in den Bildecken aufweisen. Passender Adapter FOV zu Kamera und Mikroskop FOV

Ein Mikroskop-C-Mount- oder F-Mount-Adapter wird benötigt, um eine wissenschaftliche Kamera an den Kameraanschluss des Mikroskops anzuschließen. Das Anschlussgewinde ist standardisiert, was bedeutet, dass ein C-Mount-Adapter an alle wissenschaftlichen Kameras angeschlossen werden kann, die über C-Mount angeschlossen werden. Die Adapter sind jedoch mikroskopspezifisch, was bedeutet, dass zwar jede C-Mount-Kamera an einen C-Mount-Adapter angeschlossen werden kann, der Adapter jedoch nur an Mikroskope der entsprechenden Marke passt.

Adapter können Linsen enthalten, um das Bild zu vergrößern oder zu verkleinern, bevor es die Kamera erreicht. Dies kann verwendet werden, um das FOV der Kamera besser an das FOV des Mikroskops anzupassen. Wenn die Kamera beispielsweise ein FOV von 11 mm Diagonale hat, das Mikroskop jedoch ein FOV von 18 mm hat, würde ein 0,67-fach-Adapter das Bild verkleinern und die Anzeige auf der 11-mm-Kamera ermöglichen. Diese Erhöhung des FOV geht jedoch auf Kosten einer verringerten Auflösung.

Soll die Kamera lediglich am Mikroskop befestigt werden, enthält ein 1x-Adapter keine zusätzlichen Objektive und bietet keine zusätzliche Vergrößerung oder Verkleinerung. Dies ist oft die bevorzugte Methode, da sie keine zusätzlichen Linsen in das System einführt. Jedes zusätzliche Objektiv reduziert die Anzahl der Photonen, die die Kamera erreichen, um 3-4%, daher werden viele Forscher versuchen, dies zu vermeiden.

Adapter können je nach Art des verwendeten Adapters auch das Sichtfeld des Mikroskops und der Kamera beeinträchtigen. Ein C-Mount-Adapter ist der beliebteste Mikroskopkamera-Adapter und auf ein maximales Sichtfeld von 22 mm beschränkt. Der F-Mount-Adapter ist ein Adapter mit größerem Format, der ein FOV von >30 mm erreichen kann.

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Wie man ein Mikroskop für seine Anforderungen auswählt

Wir beginnen mit der Prämisse, dass die Auswahl eines Mikroskops ein angenehmer Prozess sein sollte!

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Allerdings gibt es eine Reihe von Variablen, die in die Auswahl eines Mikroskopsystems einfließen. Der Prozess kann ein wenig entmutigend sein. Darüber hinaus gibt es ein verwirrendes Qualitätsspektrum - von billigen Plastikmikroskopen bis hin zu den teuersten deutschen und japanischen Marken.

Dieser Artikel bietet daher sinnvolle Ratschläge, um angehenden Mikroskopikern zu helfen, eine fundiertere Entscheidung zu treffen.

Wir empfehlen Ihnen, beim Lesen dieses Handbuchs das Glossar der Mikroskopbegriffe zu Rate zu ziehen.

Bevor wir beginnen, sollten Sie wissen, dass sich in diesem Artikel alles auf Lichtmikroskope bezieht; das ist ein Mikroskop, das eine eingebaute Lichtquelle enthält. Es gibt andere Arten von Mikroskopen, wie zum Beispiel Elektronen- oder Ultraviolettmikroskope, aber sie sind deutlich teurer und werden typischerweise in kommerziellen oder wissenschaftlichen Anwendungen verwendet.

Mikroskope werden für unterschiedliche Anwendungen konfiguriert. Es ist wichtig sicherzustellen, dass Sie ein Mikroskop kaufen, das für Ihre Anwendung gut geeignet ist. Es gibt drei grundlegende Dinge, die Sie wissen müssen:

Erstens hat ein Lichtmikroskop zwei Vergrößerungsquellen. Die primäre Quelle ist über die Objektivlinse. Die sekundäre Quelle erfolgt über die Okularlinse. Die Gesamtvergrößerung wird durch Multiplikation der (Vergrößerungs-)Brechkraft der Objektivlinse mit der der Okularlinse erreicht.

Beispiel: Standardokulare haben eine Vergrößerung von 10x. Bei Verwendung eines 100-fachen Objektivs würde die Gesamtvergrößerung 1.000x betragen.

Zweitens und vielleicht am wichtigsten ist, dass Sie nicht in die Falle tappen, von einer hohen Vergrößerung angezogen zu werden. Die überwiegende Mehrheit der Lichtmikroskopanwendungen weltweit erfordert Vergrößerungen von weniger als 60x!

Drittens müssen Sie wissen, ob Sie ein zusammengesetztes oder ein Stereomikroskop benötigen.

Mikroskope lassen sich in zwei grundlegende Kategorien einteilen: Compound oder Stereo, oft auch als High-Power bzw. Low-Power bezeichnet.

Was ist eine Verbundmikroskop?

Sie benötigen ein zusammengesetztes Mikroskop, wenn Sie "kleinere" Proben wie Blutproben, Bakterien, Teichschlamm, Wasserorganismen usw. betrachten. Der Grund dafür ist, dass solche Proben eine höhere Vergrößerung erfordern, um die Details zu sehen. Aus diesem Grund wird ein zusammengesetztes Mikroskop auch als Hochleistungsmikroskop bezeichnet. Typischerweise hat ein zusammengesetztes Mikroskop 3-5 Objektive, die von 4x-100x reichen. Bei 10x-Okularen und 100x-Objektiven ergibt sich eine Gesamtvergrößerung von 1000-fach. Verbundmikroskope sind auch integrierte Systeme in dem Sinne, dass Mikroskopkörper und Basis eine integrierte Einheit bilden.

Wenn Sie ein zusammengesetztes Mikroskop in Betracht ziehen, müssen Sie sich auch entscheiden, ob Sie ein monokulares, binokulares oder trinokulares Mikroskop wünschen. Also ein Mikroskop mit einem, zwei Okularen oder eines mit zwei Okularen und einem dritten, trinokularen Port.

Es gibt vier grundlegende Variablen in dieser Entscheidung:

Vergrößerung: Monokulare Mikroskope arbeiten effizient für eine Gesamtvergrößerung von bis zu 1000X. Für höhere Vergrößerungen ist ein binokulares Mikroskop erforderlich.

Komfort: Die meisten Leute finden binokulare Mikroskope ergonomischer und einfacher zu bedienen als monokulare. Kleine Kinder hingegen finden das Monokular einfacher zu bedienen.

Preis: Obwohl sich die Preisklassen überschneiden, ist ein monokulares Mikroskop in der Regel der günstigste Mikroskoptyp, wobei das trinokulare das teuerste ist.

Anwendung: Die meisten monokularen Mikroskope enthalten keinen mechanischen Objekttisch, was für anspruchsvollere Anwendungen nützlich ist. Die meisten binokularen Mikroskope enthalten einen mechanischen Tisch. Ein trinokulares Mikroskop wird typischerweise verwendet, wenn für die Mikrofotografie ein dritter (trinokularer) Port benötigt wird.

Stereomikroskop

Typischerweise erfordern solche Proben eine geringere Leistung, die Vergrößerung reicht von 6,5x-45x. Daher werden sie auch als Low-Power-Mikroskope bezeichnet. Ein Stereomikroskop besitzt per Definition mindestens zwei Okulare (binokular) und liefert ein dreidimensionales Bild der Probe. Sie sind in einer von zwei Konfigurationen erhältlich: Dual Power oder Zoom. Das Mikroskop hat zunächst zwei Vergrößerungsoptionen, zum Beispiel 20x-40x. Bei einem Zoommikroskop gibt es einen kontinuierlichen Zoombereich von der niedrigsten bis zur höchsten Leistung. Zum Beispiel von 6,5x bis 45x.

Wie bei den zusammengesetzten Mikroskopen gibt es auch bei Stereomikroskopen eine trinokulare Konfiguration für fotografische Zwecke. Stereomikroskope können integrierte Mikroskope sein oder sind zunehmend modular in dem Sinne, dass verschiedene Stereomikroskopkörper mit unterschiedlichen Sockeln zusammengebaut werden können.

Für die meisten Personen ist ein integriertes System angemessen. Einige Benutzer benötigen Spezialmikrofone

Hier gibt es Infos zu Teleskope