Auf der vorhergehenden Seite wurden Möglichkeiten beschrieben, eine Kamera an einem Stereomikroskop mit Unendlich-Optik anzubringen. Die Lage und Beleuchtung des Objekts bleibt bei der Aufnahme der Halbbilder unverändert.

Ein anderer Ansatz ist es, die relative Lage von Objekt und Objektiv zwischen der Aufnahme der Halbbilder zu verändern. Im Vergleich zur Aufnahme durch den rechten und linken Okulareinblick gibt grundsätzliche Unterschiede:

• Je nach Vorrichtung ist man nicht zwingend an den Konvergenzwinkel des Mikroskops gebunden.
   

• Die Verfahren sind unabhängig von der Bauweise des Mikroskops. Es muss kein Stereomikroskop sein (Lupeneinrichtung, Photomakroskop, monokulares Auflichtmikroskop,..) und die Anordnungen können in gleicher Weise für die Makrofotografie verwendet werden. 
   

• Die Aufnahmen sind in der Regel zeitlich getrennt, da zwischen ihnen immer die Änderung der Lage durchgeführt werden muss. Ein Fotografieren schnell bewegter Objekte ist daher nicht möglich.

Parallele Verschiebung
In der gewöhnlichen Stereofotografie werden die Halbbilder mit zwei parallelen, um die so genannte Stereobasis seitlich versetzten, optischen Achsen aufgenommen. Der Konvergenz-winkel beträgt 0 Grad. Nur in Ausnahmefällen wird mit konver-gierenden optischen Achsen gearbeitet. Hinsichtlich der geome-trischen Verhältnisse ist es irrelevant, ob eine Kamera mittels Stereoschlittens parallel verschoben wird, zwei Kameras zu einem Gespann montiert werden oder eine Stereokamera mit zwei parallelen Objektiven verwendet wird. Weit entfernte Gegenstände werden dann auf der gleichen Stelle in den Halbbildern abgebildet, nahe Punkte weisen eine parallaktische Verschiebung auf. Will man einen natürlichen Bildeindruck gewinnen, orientiert sich die verwendete Stereobasis am Augenabstand des Menschen, etwa 65mm. Befinden sich keine Gegenstände in der Nähe, kann man zur Erreichung eines Stereoeffektes die Stereobasis so weit vergrößern, bis sich eine hinreichende parallaktische Verschiebung (Deviation) ergibt. Dies geht auf Kosten des natürlichen Bildein-drucks (Liliputismus).

In der Makrofotografie wird ebenfalls mit der Verschiebetechnik gearbeitet, wobei hier kleinere Stereobasen als der Augenabstand  gewählt werden müssen. Da es keinen weit entfernten Hintergrund gibt, ist der Abstand zum nächsten Punkt (Nahpunkt) und zum am weitesten entfernten Punkt (Fernpunkt) entscheidend.

Es liegt nahe, diese Technik auf die Aufnahmen mit dem Stereo-mikroskop zu übertragen. Dabei bietet sich an, das Objekt auf eine rechteckige Unterlage zu legen und entlang einer Kante parallel zu verschieben. Ganz komfortabel wäre es, einen herkömmlichen Kreuztisch zu verwenden. Wie die nebenstehende Skizze zeigt, erfolgt die Verschiebung nicht exakt senkrecht zur optischen Achse des Objektivs, da diese um den halben Konvergenzwinkel des Mikroskops geneigt ist. Der Unterschied ist aber nicht gravierend. Die erreichbaren Stereobasen und damit der  erreichbare Stereo-effekt sind leider oft unzureichend.

Um ein Gefühl für den Effekt der Parallaxe zu bekommen, verschiebe man ein Objekt mit senkrechten Wänden und beobachte durch ein Okular die Veränderung der Perspektive. Zum Vergleich beobachte man mit abwech-selnden Blick durch die beiden Okulare, wie die Ansichten des Objektes hin- und her springen.

Um den Effekt quantitativ zu erfassen, kann man den Konvergenzwinkel berechnen, der durch eine Verschiebung um die Länge X bewirkt wird. Während S die Stereobasis bei Einblick in die beiden Okulare darstellt, ist X die  Stereobasis in Folge der Verschiebung, betrachtet durch nur ein Okular bzw. den Fototubus. Aus oben stehender Skizze kann man ableiten, dass bei den vorliegenden Größenverhältnissen (Brennweite groß gegen S/2-X) sich näherungsweise der Konvergenzwinkel zu (X/f_O)*180°/π im Gradmaß ergibt. Der Konvergenzwinkel des Stereo-mikroskops ist dagegen (S/f_O)*180°/π.

Ein paar Zahlenbeispiele sollen den Effekt veranschaulichen:

• Man wähle etwa die Vergrößerungsstufe 1. Wie bereits eingangs erwähnt, beträgt bei einer Coolpix 990 auf einem MBS-10 das nutzbare Sehfeld der Kamera etwa 12mm. Bei der gewählten Vergrößerungsstufe ist dies gleichzeitig der Durchmesser des sichtbaren Bereichs in der Objektebene. Fertigt man Halbbilder von zwei Positionen des Objekts an, so ist nur der Teil der Halbbilder für ein Stereobild verwendbar, in dem die Halbbilder überlappen. Verschiebt man das Objekt um den halben sichtbaren Bereich, also 6mm, so ist nur ein Bereich von 6mm nutzbar. Diese Verschiebung um 6mm entspricht beim MBS-10 (f_O=90mm) einem Konvergenzwinkel von etwa 3,8 Grad. Der Konvergenzwinkel des MBS-10 beträgt dagegen 12,7 Grad.

• Bei der Vergrößerungsstufe 2 schrumpft der für die Kamera sichtbare Bereich in der Objektebene auf 6mm. Opfert man wieder die halbe Bildbreite, verschiebt das Objekt also um 3mm, so entspricht dies einem Konvergenzwinkel von nur noch 1,9 Grad.

Es stellt sich heraus (siehe Abschnitt zum Konvergenzwinkel), dass der Konvergenzwinkel des Stereomikros-kops zu groß für die Fotografie ist, wenn die Tiefe des Motivs einen gewissen Wert übertrifft. Bei tiefen Objekten kann die Verschiebetechnik mit Erfolg eingesetzt werden. Bei flachen Motiven hingegen sind die erreichbaren Winkel bei der Verschiebetechnik nicht mehr ausreichend. Die Verringerung des Konvergenzwinkels mit dem Vergrößerungsfaktor, wie im obigen Beispiel gezeigt, ist zunächst kein zusätzliches Problem, denn auch der geeignete Konvergenzwinkel sinkt in gleicher Weise mit dem Vergrößerungsfaktor. Allerdings wird man es bei hohen Vergrößerungen und kleineren Bildausschnitten typischerweise auch mit geringeren Tiefen zu tun haben, was wiederum einen größeren Konvergenzwinkel erforderlich macht.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Verschiebetechnik für tiefere Motive und kleinere Abbildungs-maßstäbe eignet. Die Anwendbarkeit verbessert sich deutlich, wenn durch optimale Kameraadaption das nutzbare Sehfeld über die genannten 12mm hinaus vergrößert werden kann. Die Vorteile sind der wählbare Konvergenzwinkel und der geringe Aufwand. Ein genaues Justieren der Probe ist nicht erforderlich.

Zur Erreichung eines befriedigenden Effektes muss man die Proben meist weit innerhalb des Bildfeldes verschie-ben und bei der Bearbeitung die Teilbilder entsprechend zusammenschieben. Das Ergebnis ist ein entsprechend schmales Bild.

Wippe
Wie in "Moderne Methoden der Lichtmikroskopie" von G. Göke (1988) erwähnt wird, kann man zur Änderung des Konvergenzwinkels auch eine Wippe verwenden. Das Objekt wird dabei vor dem Objektiv des Stereomikroskops in zwei Lagen gebracht, die durch Drehung um die Achse der Wippe entstehen. Dieses Prinzip wird auch im Artikel "Stereo-Mikroaufnahmen mit einem Lupenmikroskop" von R. Brandt im MIKROKOSMOS (1972) beschrieben. Es wird aber leider nicht auf die technische Ausgestaltung und spezifische Schwierigkeiten einge-gangen.

Das Vorgehen ist im Prinzip das Folgende: Zunächst wird das Objekt in einer Position der Wippe fotografiert, danach die Wippe um den  Konvergenzwinkel gedreht bzw. in die zweite Position gekippt. Die Drehachse liegt dabei waagerecht. Der große Charme der Methode liegt in der Tatsache, dass man den Konvergenzwinkel beliebig frei verändern kann. Man ist völlig unabhängig von dem des Binokulars. Raumeindruck und Stereoeffekt können über den Konvergenzwinkel beeinflusst werden. Wählt man den Konvergenzwinkel identisch mit dem des Stereomikroskops, wird man die Ergebnisse der  Fotografie durch die Okulare reproduzieren.
 

Auf den ersten Blick scheinen Positionierung des Objektes auf der Wippe und Mechanik einfach. Aber das täuscht. Sehr wichtig ist nicht nur der Drehwinkel, sondern der Punkt des Objektes, durch den die Drehachse verläuft. Dieser sollte durch den Fokus A des Objektivs gehen. Ist die Drehachse weit vom Fokus entfernt, kippt das Objekt förmlich aus dem Bildfeld, weil der Fokus nach der Drehung an gänzlich anderer Stelle im Bezug auf das Objekt liegt. An der Oberfläche tritt außerhalb der Drehachse eine Rotation und eine Verschiebung auf.

Zur Überwindung dieses Problems  bieten sich zwei Möglichkeiten an:

Entweder wird die Wippe nach der Kippung horizontal parallel zur Drehach-se verschoben, bis der Bildmittelpunkt wieder übereinstimmt. Dies ist mit der verschiebbaren Wippe im Bild oben rechts angedeutet. (Das Bild wird aus dem dunkel gezeichneten Strahlen-bündel gewonnen.) Dazu ist eine Art Schlitten erforderlich, auf dem die Wippe ruht.

Alternativ dazu ist im Bild darunter eine fest montierte Wippe skizziert, deren Drehachse sich stets im Fokus A befindet. Durch einen in der Höhe verstellbaren Tisch wird das Objekt in den Fokus gebracht. Wandert bei seitlicher Verschiebung des Objektes am Tisch das Objekt aus der Schärfeebene, darf immer nur die Tischhöhe korrigiert werden. Soll also ein anderes Detail des selben Objektes fotografiert werden, ist in aller Regel eine erneute Justierung erforderlich. Herr Peter Große hat dieses Prinzip aufgegriffen. Hier ist sein Beitrag.

Bei Wippen und anderen Verfahren, bei denen das Objekt bewegt wird, ist für eine Befestigung des Objektes zu sorgen. Ein Stück doppelseitiges Klebeband  leistet oft gute Dienste.

Nach anfänglichen Überlegungen zur Mechanik habe ich den Bau von Wippen fallen gelassen und zwar nicht zuletzt, weil ich das genaue Justieren für zeitaufwendig halte. Solche Konstruktionen werden aber in der REM-Praxis verwendet (siehe Alicona Imaging GmbH, MeX 4.1 Help).

Drehtisch - eine Alternative
Um es gleich vorweg zu sagen. Eine ideale Technik habe ich nicht gefunden. Jede Methode hat ihre Stärken und Schwächen und nur die eigene Erfahrung  führt zur subjektiv besten Methode. Nachfolgend soll eine Lösung vorgestellt werden, die ich für praktikabel halte.

Der horizontale Drehtisch ist eine Anordnung, die den  Konvergenzwinkel des Stereomikroskops beibehält und damit den Eindruck der beidäugigen Beobachtung  durch den Tubus reproduziert. Er ist mechanisch einfach zu realisieren und kommt mit relativ geringem Justieraufwand aus.

Die Abbildung rechts zeigt das Prinzip. Unter dem Objektiv wird exakt zentrisch ein Drehtisch angebracht. Die Probe wird aufgelegt und fokussiert. Nun wird das erste Halbbild aufgenommen. Anschließend wird der Drehteller um genau 180 Grad um seine vertikale Achse gedreht. Dabei wird die optische Achse des zweiten (nicht genutzten) Einblicks genau in die Achse des ersten gedreht. Nun wird das zweite Halbbild aus dem selben Teilstrahlengang aufgenommen. Da der Sehstrahl, aus dem das Foto gewonnen wird, um den halben Konver-genzwinkel gegen die Vertikale geneigt ist, entsteht zwischen den Aufnahmen effektiv eine Drehung des Objektes um den festen Konvergenzwinkel des Stereo-mikroskops.

Bei zentrischer Lage des Drehtisches bleibt der Fokus trotz Drehung an derselben Stelle des Objektes liegen. Es entstehen zwei Halbbilder, die aber noch nicht zusammenpassen, denn durch die Drehung steht eines der Bilder auf dem Kopf. Es kann später am PC mit einem Handgriff um 180 Grad gedreht werden. Man muss darauf achten, welches das rechte und welches das linke Halbbild ist. Im Absatz über die Bearbeitung wird das noch einmal kurz diskutiert.

Verkippungen der Halbbilder gegeneinander treten nicht auf, wenn man sich exakt an den Drehwinkel von 180 Grad hält. Dazu muss die Drehung des Drehtisches entsprechend begrenzt werden.

Hier ist ein Vorschlag für einen Eigenbau vorgestellt.

Ein typischer Fehler entsteht bei nicht zentrischer Lage der Drehachse zur Kamera, d.h. der Mittelpunkt des Drehtellers wird nicht auf den Mittelpunkt des Bildes abgebildet. Dieser systematische Fehler erfordert eine zusätzliche geeignete Verschiebung der Halbbilder gegeneinander, die aber bei einer Montage (eine Fotositzung) immer in der gleichen Weise erfolgt. Man muss bei der Erzeugung des Stereopaares oder Anaglyphenbildes ohnehin die relative Lage der Halbbilder optimieren. Bei technisch ausgereiften Stereomikroskopen mag diese Schwierigkeit eventuell gar nicht erst entstehen. Der Fototubus des MBS-10 hat sich mangels mechanischer Präzision als etwas problematisch erwiesen.

Drehtisch mit Neigung
Der große Vorteil des horizontalen Drehtisches ist die einfache Handhabung ohne Justierung bei jedem Bild. Den Teller um 180° zu drehen, geht auch wesentlich schneller, als das Ummontieren einer Kamera. Der wesentliche Nachteil ist die Beschränkung auf den vorgegebenen Konvergenzwinkel. Neigt man den Drehtisch so, dass sich der Winkel zwischen der optischen Achse des Objektivs und der Drehachse des Drehtisches verringert, dann entfällt diese Einschränkung. Wird der Drehtisch um einen bestimmten Winkel gegen die Horizontale angehoben, so reduziert sich der Konvergenzwinkel um das Doppelte dieses Winkels.

Beispiel: Das MBS-10 weist einen Konvergenzwinkel von 12,7 Grad auf. Wird der Tisch um 3 Grad angehoben, reduziert sich der effektive Konvergenzwinkel auf 6,7 Grad. Bei einer Anhebung von 6,35 Grad fallen die optische Achse des Objektivs und die Drehachse zusammen und die Konvergenz verschwindet.

Allerdings hat das seinen Preis. Bei geneigtem Tisch ist eine sorgfältige Justierung erforderlich. Der Tisch muss in Abhängigkeit von der Höhe des Objekts über der Tischfläche seitlich verschoben werden, bis sich der Drehpunkt in Bildmitte befindet.

Der Bau einer einfachen Einrichtung zum Schrägstellen des Drehtisches ist ebenfalls hier beschrieben.

Verschiebung des Objektivs
Zur Neigung des Drehtisches gibt es eine bessere, aber technisch aufwendigere Alternative. Verschiebt man das Objektiv des Stereomikroskops seitlich, so kann man den Winkel des Strahlenbündels zur Senkrechten kontinuierlich verändern. Bei kleineren Verschiebungen aus der normalen Lage bleibt trotz der erzeugten Asymmetrie der Einblick in beide Okulare des Binokulartubus möglich. Bei größer werdenden Verschiebungen wird ein Sichtfeld zunehmend abgedeckt.

Links sieht man einen Ausschnitt aus dem Aufbau eines Stereomikroskops. Unterhalb des Galilei-Systems sitzt normalerweise das Objektiv zentrisch, so dass die optische Achse des Objektivs in der Symmetrieebene des Stereomikroskops liegt. Verschiebt das Objektiv aus dieser Lage heraus zu Seite, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, so ändert sich  die Neigung des rot darge-stellten Sehstrahls. Der Abstand der optischen Achse des Objektivs vom Austritt des Sehstrahls aus dem Galilei-System sei (wie bereits oben) mit S/2 bezeichnet, da er die halbe Stereobasis darstellt. Mit den Bezeichnungen f_O für die Brennweite des Objektivs und β/2 für den halben Konvergenzwinkel (bezogen auf die Drehtisch-Methode) entnimmt man aus der Zeichnung:

β/2 = atan(S/[2*f_O])

In praktischen Fällen ist das Argument des Arcustangens klein gegen 1, so dass man näherungsweise β = S/f_O im Bogenmaß und β = (S/f_O)* 180°/π  im Gradmaß schreiben kann (s.o.).

Bei S=0 steht der Sehstrahl senkrecht und damit in Rich-tung der Höhenverstellung des Mikroskopkörpers. Auf die Objektivzwischenplatte der Firma Carl Zeiss wurde im Zusammenhang mit der Aufnahme von Z-Stapeln bereits hingewiesen. Mit ihr wird S=0 realisiert.

Beim MBS-10 ist der Wert für S in der bestehenden symmetrischen Montierung 20mm. Dies führt zu  einem Konvergenzwinkel von β=12,7° (siehe auch Notiz zu Daten des MBS-10). Es genügt einen Verschiebung des Objek-tivs S/2 von 0mm bis 10mm, um den Bereich des Konver-genzwinkels β von 0° bis 12,7° abzudecken.

Der große Vorteil dieser Möglichkeit zur Variation des Konvergenzwinkels im Vergleich zum schräg gestellten Drehtisch liegt darin, dass die Achse des Drehtisches, die optische Achse des Objektivs und die Verschiebung des Mikroskops bei Bedienung des Triebknopfes parallel liegen (blaue senkrechte Linie in obiger Zeichnung). Das hat zur Folge, dass man bei Verschiebung des Objekts oder Austausch von Objekten mit unterschiedlicher Höhe lediglich die Fokussierung am Triebknopf nachstellen muss. Die Position des Drehtisches bleibt unverändert. Es ergibt sich eine einfache Abfolge von Arbeitsschritten:

• Die Verschiebung des Objektivs auf den Abstand S/2 und damit Festlegung des Konvergenzwinkels,

• Verschiebung des Drehtischs derart, dass sein Mittelpunkt in der Bildmitte liegt,

• Auflegen der Probe, fokussieren und Aufnahme der Halbbilder in beiden Endpositionen des Drehtisches.

Soll der Konvergenzwinkel unverändert bleiben, ist danach immer nur der dritte Schritt für alle Objekte auszuführen.

Bislang habe ich den vermutlich etwas aufwendigeren Bau eines Schlittens zur Verschiebung des Objektivs nicht unternommen. Er könnte als Zwischenstück zwischen Objektiv und dem Körper des Stereomikroskops ausgeführt werden, da die Unendlichoptik einen vertikalen Versatz des Objektivs erlaubt.