Maximale Digitalvergrößerung

Die Autoren: J.A. DeRose, M. Doppler, Leica Microsystems

Vergrößerung ist als das Verhältnis zwischen der Größe von Objektstrukturen in einem Bild und der tatsächlichen Größe der Strukturen definiert. Die laterale, zweidimensionale Vergrößerung lässt sich folgendermassen ermitteln:

Vergrößerung gleich Abmessung der Objektstruktur im Bild geteilt durch Abmessung der Struktur am eigentlichen Objekt

Es stellt sich die Frage, ob diese Vergrößerungsstufe 20000x jenseits des nützlichen Bereichs liegt, das heisst, ob es sich um eine leere Vergrößerung handelt, die keine weiteren Details zeigt. Wie bestimmt sich ein sinnvoller Vergrößerungsbereich für die Digitalmikroskopie, wo Bilder an einem Bildschirm betrachtet werden? Es gibt zwei Hauptfaktoren: die Auflösung des Mikroskopsystems und der Bildbetrachtungsabstand.

Die Systemauflösung eines Digitalmikroskops oder eines mit einer Digitalkamera betriebenen Mikroskops mit Okularen wird von drei Hauptfaktoren beeinflusst:

Die Auflösungsgrenze des Digitalmikroskopsystems ergibt sich aus dem niedrigsten der drei oben genannten Auflösungswerte.

Zunächst ist davon auszugehen, dass der Betrachtungsabstand – der Abstand zwischen den Augen des Beobachters und dem angezeigten Bild – immer innerhalb des förderlichen Bereichs liegt. Der förderliche Betrachtungsabstandsbereich basiert auf dem herkömmlichen Bezugswert von 25 cm, dem durchschnittlichen nächsten Punkt, ab dem das menschliche Auge klar fokussieren kann. Der förderliche Vergrößerungsbereich liegt zwischen 1/6 und 1/3 der Auflösung des Mikros kopsystems.

Moderne Kamerachips haben oft deutlich unter 10 μm liegende Pixelgrößen und moderne Bildschirme Pixelgrößen deutlich unter 1 mm. Bei einer starken Vergrößerung zwischen Probe und Kamerachip, beispielsweise 150x, ergibt sich die Auflösung des Mikroskopsystems aus der optischen Auflösungsgrenze. Die optische Auflösungsgrenze für die größte numerische Apertur, 1.3, und die kleinste Wellenlänge des sichtbaren Lichts, 400 nm, liegt bei etwa 5400 Linienpaaren/mm. Die maximale Vergrößerung, die noch innerhalb des zuvor definierten förderlichen Bereichs liegt, beträgt 1800x.

Bei einer sehr geringen Vergrößerung, beispielsweise unter 1x zwischen Probe und Kamerachip, ist die numerische Apertur normalerweise sehr klein, aber die Auflösungsgrenze von Kamerachips mit Pixelgrößen über 2 µm und von Bildschirmen mit Pixelgrößen über 0,5 mm liegt normalerweise unter der optischen Auflösung. Deshalb ist die Auflösungsgrenze des Chips oder Bildschirms bei einer sehr geringen Vergrößerung oft der ausschlaggebende Faktor.

Wenn der Vergrößerungswert den Bereich der förderlichen Vergrößerung in der Digitalmikroskopie (1800x) überschreitet, führt dies zu einer leeren Vergrößerung, durch die das Bild größer erscheint, aber keine weiteren Details der Probe auflösbar sind. Eine Vergrößerung von 20000x liegt weit jenseits des Werts 1800x und ist daher eindeutig als leere Vergrößerung zu bewerten.

Bei Digitalmikroskopen ist der förderliche Vergrößerungsbereich wie auch bei anderen optischen Mikroskopen klar begrenzt. Ein Überschreiten dieses Vergrößerungsbereichs, also eines Wertes von 1800x, führt nur zu leerer Vergrößerung. Ausführlichere Informationen zum förderlichen Vergrößerungsbereich für die Digitalmikroskopie enthält der nachfolgend als weiterführende Literatur angegebene technische Bericht.

Weiterführende Literatur:

DeRose, J. A ., Doppler, M.: W hat Does 3 0,0 0 0 x Magnification Really Mean? Some Useful Guidelines for Underst anding Magnification in Today’s New Digit al Microscope Era. Leica Science Lab, Februar 2015