Dr. Horst Wörmann,
vom 01.11.2013
Die Tiefenschärfe von Mikro- skopobjektiven ist sehr ge- ring, deshalb werden dicke Objekte beim Fotografieren nur in einer Ebene scharf abgebildet, die Objektdetails über und unter der Fokus- ebene sind unscharf und beeinträchtigen die Abbil- dungsqualität. Die neue digi- tale Fototechnik erlaubt nun, dieses Problem durch „Stacking“ zu umgehen und so Bilder mit hoher Tiefenschärfe zu erzeugen. Dazu wird das Objekt in z-Richtung – also in Richtung der optischen Achse – in definierten Schritten durch Verstellen der Mikroskoptischhöhe bewegt und jeweils in Bild von einer Ebene erzeugt. Man erhält so einen Bilderstapel, aus dem mit entsprechender Software ein scharfes Gesamtbild erzeugt werden kann, oder sogar ein stereoskopisches Bilderpaar, das das Objekt räumlich zeigt, etwa als Anaglyphenbild. (Schubert, 1991)
Voraussetzung für die korrekte räumliche Darstellung ist die Äquidistanz der Bildebenen, andernfalls erhält man eine verzerrte Rekonstruktion des Objekts. Die Tischhöhe des Mikroskops muss also exakt und reproduzierbar eingestellt werden. Für geringe Vergrößerungen gibt es dazu bewährte technische Lösungen, etwa die manuelle Verstellung anhand der Skalenanzeige am Trieb, oder automatisiert durch Ankopplung eines Schrittmotors an den Feintrieb (
Schrittmotorgesteuerter Fokusantrieb für das Leitz Orthoplan - Aufbau und Anwendung; Adelmann, 1997).
Bei höheren Vergrößerungen, also Objektiven 40x bis 100x, reicht die Präzision des Mikroskoptriebes nicht aus. Zeiss schreibt im Handbuch zum Axioskop „Die Einstellung am Grobtriebknopf ermöglicht eine orientierende Messung der Objektdicke, … jedoch nicht reproduzierbar (Schlupf)“. Die mechanische Ungenauigkeit des Triebs konnte H.D. Döricht beim Dörnberg-Treffen 2013 eindrucksvoll vorführen: eine Meßuhr mit 1-µm-Auflösung zeigte die sprungweise, nicht reproduzierbare Verstellung des Tisches, auch bei hochwertigen Mikroskopen.
Der mindestens erforderliche Ebenenabstand ergibt sich aus axialen Auflösung des Objektivs, die umgekehrt proportional zum Quadrat der numerischen Apertur nA ist.
Beispiel: 540 nm Wellenlänge, Objektiv-nA 1,3, Brechungsindex 1,52 ergeben einen minimalen Ebenenabstand von 0,970 nm.
Der optimale Z-Abstand ergibt sich nach der Nyquist-Theorie bei einer zweifachen Überabtastung zu ca. 485 nm. Solche Schrittweiten sind nicht mehr mit der Grobtriebskala einzustellen; beim Axioskop entspricht ein Teilstrich ca. 2 µm. Oft wird vorgeschlagen, einen längeren Hebel anzubauen, was aber wegen der oben genannten Unpräzision des Triebs sinnlos ist. Auch mit Schrittmotoren ist keine größere Präzision zu erreichen, denn sie greifen auf den Triebmechanismus zu.
Die Anforderungen an die Präzision der Tischverstellung sind somit hoch und nicht mehr mit mechanischen Mitteln zu realisieren.
Hier setzt die Entwicklung von Dr. Horst Wörmann an, der auf Basis möglichst günstiger Bauteile einen Tisch entwickelt hat, der die oben formulierten Bedingungen als Proof of Concept erfüllt und in verschiedene Richtungen weiter entwickelt werden kann. Alles weitere finden Sie im unten verlinkten PDF-Dokument, aus dem auch die obige Motivation stammt.
Selbstbau eines Stacking-Tisches für hohe Vergrößerungen - Möglichkeiten und Grenzen