Seitliche Stereo-Mikroskop-Beleuchtung

Eines der Hauptprobleme bei der Präparation von Gastrotrichen ist, die Tiere in einer Wasserprobe aufzuspüren und auf einen Objektträger zu pipettieren. Da Gastrotrichen transparent sind, sind sie in einem Stereo-Mikroskop mit traditioneller Auflicht- oder Durchlichtbeleuchtung nahezu unsichtbar. Die Tiere werden erst bei einer Dunkelfeldbeleuchtung sichtbar.

Im professionellen Bereich wird eine Dunkelfeldbeleuchtung durch Kaltlichtleiter realisiert. Eine Alternative Möglichkeit bieten LED-Leuchten mit Schwanenhals, die die Probe seitlich beleuchten. Durch diese seitliche Beleuchtung gelangt nur das an den Objekten gestreute Licht in das Objektiv des Mikroskops. Der Hintergrund bleibt reinschwarz. Da die Lampen nicht an der Probe befestigt sind, ändert sich die Beleuchtungsstärke und der Schattenwurf abhängig von der Probenposition. Oft stellen die Lampen auch ein mechanisches Hindernis bei der Verschiebung des Probengefäßes dar. Meist ist diese Art der Beleuchtung bei Stereo-Mikroskopen nicht verfügbar und muss nachgerüstet werden.

Um diese Nachteile zu minimieren, habe ich für diesen Zweck habe ich eine seitliche Dunkelfeldbeleuchtung entwickelt, die mit einfachen Mitteln und einem 3D-Drucker leicht realisiert und an jedes Stereo-Mikroskop angepasste werden kann.

Halter für LED-Streifen

Drehbarer Objektführer

Um Objektträger entsprechend dem DIK-Gradienten oder dem Bildrändern der Kamera auszurichten, ist es nötig, die Präparate auf dem Objekttisch zu drehen. Wenn man - wie ich - keinen Drehtisch zu Verfügung hat muss man sich was einfallen lassen…

Ich habe mir einen drehbaren Objektführer konstruiert, der problemlos mit einen einfachen 3D-Drucker gefertigt werden kann. Dabei wurden folgende Eigenschaften berücksichtigt:

• geringe Bauhöhe - dadurch sind Kollisionen mit den Objektiven ausgeschlossen
• montiert an den Kreuztisch, um die Präparate weiterhin verschieben zu können
• Präparat liegt direkt auf dem Objekttisch auf - keine Problem mit der Scharfstellung des Kondensors / Köhlern ist möglich
• leichtes Einsetzen und Entnehmen des Objektträgers
• abweichende Maße der Objektträger durch Federhalterung möglich
• Einsetzen von den handelsüblichen Kunststoff-Petrischalen mit 7 cm Durchmesser möglich; zusätzliche kreisförmige Aussparung für die Verwendung der Deckel der Petrischalen (deren Bauhöhe etwas kleiner ist, so dass es zu keiner Kollision mit dem 10er Objektiv kommen kann)

Der Objektführer besteht aus zwei separaten Teile:

• einem Drehrahmen der an den Kreuztisch mit den üblichen Befestigungsschrauben fixiert wird
• einer Drehscheibe, die in den Rahmen gesetzt wird und in ihm gedreht werden kann. Um die Drehung zu erleichtern, liegt die Drehscheibe nur an sechs Punkten an dem Rahmen an. Die Drehscheibe ist mit sechs Griffen versehen, so dass sie leicht von allen Seiten bedient werden kann

Bild 1: Einzelteile des Objektführers; links Rahmen, der an den Kreuztisch montiert wird; rechts die Drehscheibe, die den Objektträger bzw. die Petrischale hält

Die beiden Teile werden ineinander gesteckt. Der Objektträger sitzt fest in der Aussparung und kann um 360 Grad gedreht und wie gewünscht ausgerichtet werden. Die runden Aussparungen sind ggf. für Petrischalen vorgesehen.

Bild 2: zusammengesteckter Objektführer

Am Mikroskop sieht das ganze dann so aus:

Bild 3: Drehbarer Objektführer am Mikroskop

In der Praxis hat sich diese Konstruktion bewährt. Natürlich ist der Drehtisch nicht zentrierbar - beim Drehen muss die Position des Objektes durch den Kreuztisch nachgeregelt werden. Die Objektträger sitzen fest genug, so dass es keinerlei “Schlupf” beim Verschieben gibt. Einige Objektträger-Marken scheinen aber eine etwas geringere Tiefe aufzuweisen, so dass man sich bei diesen wünscht, dass sie etwas straffer sitzen sollten. Will man solche Objektträger verwenden, muss man die Haltefedern etwas anpassen…

Die entsprechenden Druckfiles - inklusive den CAD-Files im OpenSCad-Format können bei Thingiverse heruntergeladen werden. Die Konstruktion ist auf den Objektisch meines Ortholux II angepasst. Für andere Mikroskope muss die Position bzw. der Durchmesser der Halteschrauben ggf. angepasst werden.

Ich möchte diesen praktischen Objektführer nicht mehr missen. Erst durch das Drehen des Objekts in den optimalen Winkel ist z.B. eine optimale Kontrastierung bei DIK möglich. Auch das Ausrichten an den Foto-Rändern erspart das ständige Drehen der Kamera.

Blitz

Die Vor- und Nachteile einer Mikroblitz-Einrichtung am Mikroskop wurde bereits in mehreren Beiträgen eingehend beleuchtet. Für mich als “Tümpler” war ausschlaggebend, dass ein Mikroblitz

• es erlaubt, mit minimaler Lichtstärke (des Pilotlichtes) zu beobachten. Leider gibt es viele Organismen, die die oft hohen Lichtstärken, die bei DIK nötig sind, nicht gut vertragen und in Panik dem Licht ausweichen oder gar die Beleuchtung nicht überleben.
• einen konstanten, von der Lichtstärke des Pilotlichts unabhängigen Weißabgleichs der Fotos gewährleistet.
• kurze Belichtungszeiten unabhängig vom Pilotlicht ermöglicht. Will man mit der “normalen” LED-Beleuchtung kurze Belichtungszeiten realisieren, muss man vor dem Auslösen der Kamera typischerweise auf maximale Lichtstärke stellen, die aber für die Beobachtung unangenehm ist. Nur so erreicht man dann Belichtungszeiten kleiner als 1/500 s, die für ein “Einfrieren” der Bewegungsunschärfe nötig ist.
• Bewegungsunschärfen mit den typischen Brenndauern von kleiner als 1/2000 bei ISO 100 minimiert. Mit LED-Beleuchtung erreiche ich bei 100er DIK bei ISO 400 typischerweise nur 1/200 s.

Deshalb habe ich mir Blitzeinrichtung für mein Ortholux II mit meinem 3D-Drucker konstruiert!

Bei einem Mikroblitz hat man prinzipiell die recht einfache Möglichkeit, den Blitz seitlich unter dem Kondensor einzuspiegeln. Ein solches Setup ist aber eher provisorisch, da beim “Normalbetrieb” Blitz und Strahlteiler unter dem Objekttisch stören und die ergonomische Bedienung einschränken. Für einen dauerhaft angebauten Mikroblitz an einem Mikroskop mit separaten Lampenhaus haben sich die “Stahlschmidt’schen Blitzwürfel” bewährt, die zwischen Lampenhaus und Stativ eingefügt werden und hier den Blitz in den “normalen” Strahlengang einspiegeln. So ist auch eine Blitzbeleuchtung unter “Köhlerbedingung” möglich, da die bestehende Leuchtfeldblende auch für den Blitz genutzt wird. Also musste es eine ähnliche Blitzwürfel-Lösung werden, bei dem die nötigen mechanischen Komponenten mit einem 3D-Drucker erstellt werden sollten. Meine Lösung sieht so aus:

Explusionszeichnung des Blitzwürfels: 1: Blitzhalter; 2: Deckel; 3: Seitenwand; 4: drehbarer Halter des Strahlteilers; 5: Wand Stativseite; 6: Lampenbajonett Stativseite; 7: Wand Lampenseite; 8: Bodenplatte; 9: Seitenwand mit Schwenkgriff; 10: federbelasteter Griff

Die zentrale Komponente ist der Halter des Strahlteiler (4), der schwenkbar ausgeführt würde. Dadurch ist es möglich, den Strahlteiler aus dem Strahlengang zu entfernen und den Beleuchtungsstrahlengang auch ohne Beeinträchtigungen durch den Blitz zu betreiben. Um einen sicheren Halt des ausgeschwenkten Strahlteilers zu gewährleisten, wurde der Schwenkgriff (10) mit einer Feder auch der Schwenkachse befestigt, so dass er gegen die Seitenwand drückt und in der oberen Stellung in die Aussparung einrastet. Zum Einschwenken des Strahlteiler muss der Griff nach Außen gezogen werden um eine freie Bewegung zu ermöglich. Lampen- und stativseitig wurden die Würfelwände (6 und 7) entsprechend den Maßen für das Lampenbajonett beim Ortholux II ausgeführt. Dadurch kann der Blitzwürfel zwischen Lampe und Stativ fest montiert werden und beeinträchtigt die Bedienung des  Mikroskops nicht weiter. Die Lichtöffnung (2) am Deckel des Blitzwürfels wurde so an die Maße der Kollektorlinse angepasst, dass man sie einfach direkt einlegen kann. Bei einem Transport sollte deshalb die Kollektorlinse entfernt werden, da sie nur durch die Schwerkraft gehalten wird. Durch diese Konstruktion sitzt der Blitz direkt auf der Kollektorlinse und der Abstand zur Blitzröhre ist nahezu optimal. Durch die Fresnel-Platte des Blitzes können keine Störungen im Bild entstehen, da sie sehr nahe an der Kollektorlinse sitzt und deshalb nicht scharf abgebildet wird. Auf der Oberseite wird ein Halter (1) für den Blitz angeschraubt, der natürlich auf die Maße des verwendeten Blitzgeräts angepasst ist.

Zusammengebaut sieht das ganze dann so aus:

Gesamtansicht

Die Außenmaße (ohne Blitzhalter) des Blitzwürfels betragen 90mm * 100mm * 105mm - es handelt sich also eigentlich um einen “Blitzquader”. Diese Maße sind durch die Abmessungen der Zukaufteile (Strahlteiler, Kollektorlinse, Blitz) und die Vorgaben des Lampenbajonetts bedingt. In der Realität am Mikroskop sieht die Mikroblitzeinrichtung dann so aus:

Blitz am Ortholux II

Als Blitz verwende ich einen Godox TT685II für Canon-Kameras mit drahtloser Fernsteuerung, der problemlos mit meiner EOS700D zusammen arbeitet. Der Blitz hat eine Leitzahl von 60 und damit genügend Power, um beim 100er DIK noch mit 1/8 der Maximalleistung richtig zu belichten. Ich betreibe den Blitz im TTL-Modus, der problemlos die Blitzstärke an Motiv / Objektiv anpasst. Lediglich eine Belichtungskorrektur von -1.7 EV musste eingestellt werden. Dies Belichtungskorrektur ist unabhängig vom verwendeten Objektiv, muss aber - wie bei normalen Fotos auch - manchmal ans Motiv angepasst werden. Um den Blitz mit einem Netzteil zu betreiben, habe ich die Batterien mit Batteriedummies ersetzt, an die ein 6V Netzteil angeschlossen sind. Für alle, die sich an einen Nachbau wagen wollen, habe ich die entsprechenden OpenSCAD-Dateien hier zum Download zusammengestellt. Eine Anpassung an die Geometrie anderer Strahteiler, Kollektorlinsen und Blitzgeräte ist problemlos möglich. Schwieriger wird die Anpassung an Lampenbajonette Mikroskop-Hersteller. Das ist zwar prinzipiell möglich, erfordert aber u. U. Änderungen der Strahlführung, da sich dann möglicherweise die Lage der Lichtachse ändert. Bei Problemen einfach nachfragen - alles ist irgendwie möglich…

Ich bin mit dieser Mikroblitz-Lösung sehr zufrieden und möchte sie nicht mehr missen. Leider fällt damit eine weitere Ausrede für meine Foto-Qualität weg - jetzt muss ich wohl doch lernen, wie man gute Fotos macht…