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Digitale Auflösung Digitale Auflösung - Vorsicht vor der Pixel-Manie

Autor / Redakteur: Urs Schmid und Anja Schué* / Olaf Spörkel

Seit Jahren erlebt die digitale Fotografie eine wahre Pixel-Manie – und ein Ende ist nicht in Sicht. Bei mikroskopischen Anwendungen ist die Kamera mit den meisten Pixel allerdings nicht immer die beste. Lesen Sie hier, worauf es ankommt.

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Welche Kamera die geeignete ist und wie optimale Ergebnisse bei der Bildaufnahme erzielt werden können, hängt in erster Linie von der Anwendung und optischen Leistung des Mikroskops ab. Das zentrale Kriterium für die mikroskopische Auflösung ist die numerische Apertur (NA) – die Lichtbündelungskraft des optischen Systems.

Meterdicke Mikroskope?

Bei Fotoapparaten oder Teleskopen kann die Lichtbündelungskraft durch den Einsatz größerer Linsen mit einem größeren Durchmesser gesteigert werden. Den Weltrekord hält diesbezüglich die Sternwarte in Las Palmas, Spanien, mit einem Spiegel von 10,4 Metern Durchmesser. Bei Mikroskopobjektiven ist dies jedoch nicht möglich. Zwar lässt sich die Lichtbündelung deutlich steigern, indem ein Medium mit hohem Lichtbrechungsfaktor zwischen Objektiv und Probe eingefügt wird, dennoch bleibt die NA von hochwertigen Trockenobjektiven auf etwa 1,0 und die von Immersionsöl-Objektiven auf etwa 1,45 begrenzt. Bei traditionellen Stereomikroskopen liegt die NA, je nach Zoom-Position, zwischen 0,01 und 0,2. Ein Stereoobjektiv mit einer höheren NA zu konstruieren, ist extrem schwierig, weil man die Geometrie für den stereoskopischen Konvergenzwinkel – den 24-Milimeter-Abstand der beiden Stereokanäle – nicht nachteilig beeinflussen will. Mit der FusionOptics-Technologie konnte Leica Microsystems allerdings auch bei stereomikroskopischer Auflösung und Tiefenschärfe einen neuen Weltrekord aufstellen.

Megapixel versus Vergrößerung

Mit der Faustformel 3000 x NA lässt sich unter Einbeziehung der Vergrößerung und der Sensorgröße leicht berechnen, wie viele Pixel am Sensor der Kamera tatsächlich zur Verfügung stehen. Bei geringer Vergrößerung liefert das Mikroskop meist mehr Details an die Kamera als diese einfangen kann. Bei hoher Vergrößerung wird hingegen die Detailgenauigkeit der Kamera durch das optische System begrenzt. Bei einfacher Vergrößerung liefert das Mikroskop ungefähr 14,3 Megapixel Information an die Kamera, bei 16facher Vergrößerung sinkt dieser Wert auf 2,6 Megapixel.

Was ist der Grund für diesen scheinbar verkehrten Effekt? Er liegt in dem begrenzten Bildfeld. Bei hoher Vergrößerung bzw. Zoom-Position ist das Bildfeld eher klein. Wer eine Probe unter Koaxial-Beleuchtung betrachtet, erkennt, dass der runde, helle Probenausschnitt immer kleiner wird, je höher die Vergrößerung eingestellt wird. Mehr Details werden erst aufgelöst, wenn in ein Detail hineingezoomt oder zu einem Objektiv mit höherer NA gewechselt wird.

Wie die Kamera zum besseren Auge wird

Wenn hauptsächlich mit sehr hohen Vergrößerungen gearbeitet wird, kann das optische System etwa drei bis fünf Megapixel zum Sensor der Kamera übermitteln. Würde nun die Kamera auf eine hohe Auflösung von beispielsweise acht oder zwölf Megapixel eingestellt, würde das lediglich zu einem größeren Bild führen, das keine zusätzlichen Detailinformationen liefert. Wird hingegen eine niedrige Vergrößerung verwendet, sollte unbedingt eine hochauflösende Digitalkamera eingesetzt werden, um alle Details einzufangen, die das Mikroskop liefern kann – sogar solche Details der Probe, die bei dieser Vergrößerung mit bloßem Auge nicht sichtbar sind.

* U. Schmid, A. Schué, Leica Microsystems, 35578 Wetzlar

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