Mikroskop Bresser LCD Micro

Im April 2011 habe ich als Ergänzung für meine Makrophotographieausrüstung ein Mikroskop Bresser LCD Micro (5201000) erworben.
Anders als klassische Auflicht- und Durchlichtmikroskope wird bei diesem das Motiv nicht durch ein Okular betrachtet, sondern auf einen digitalen Sensor abgebildet und auf einem kleinen LCD-Monitor dargestellt oder das Bild auf einer Speicherkarte abgelegt. Das Mikroskop ähnelt also am Ausgang eher einer Digitalkamera, während es im Bereich des Motivs wie ein klassisches Durchlichtmikroskop aufgebaut ist. Durch Verwendung von LEDs für Auf- und Durchlicht ist zudem eine energieeffiziente Beleuchtung eingebaut, allerdings mit dem Spektrum von Weißlicht-LEDs, keinem richtig kontinuierlichen Spektrum.

Die Angaben von Bresser zu technischen Details sind leider nur sehr lückenhaft oder gar fehlerhaft, daher hier einige Angaben von mir, gegebenenfalls im Vergleich zu denen von Bresser:

Das Mikroskop selbst ist solide verarbeitet, der Kreuztischantrieb erfolgt präzise, die Beleuchtung ist ausreichend, die Qualität des Bildschirmes ist gut (einmal davon abgesehen, daß bei der mir gelieferten Version ein Pixelfehler vorliegt - ein Pixel leuchtet immer grün). Die Bedienungsanleitung (mehrsprachig: deutsch, englisch, französisch, holländisch, italienisch) ist gut lesbar, es fehlen allerdings präzise technische Angaben zum Gerät.

Die abgespeicherten Bilder selbst wirken auch mit dem 4x-Objektiv nicht absolut scharf, das ist aber bei solchen Vergrößerungen praktisch unvermeidbar. Dies könnte daran liegen, daß der relativ kleine Objektivdurchmesser zusammen mit den relativ kleinen Pixeln des Sensors relativ schnell Beugungseffekte sichtbar macht. Ein anderer Grund für das Problem der Unschärfe dürfte an der geringen Schärfentiefe solch starker Vergrößerungen liegen. Zu hoffen ist, daß die Objektive bereits auf eine wirksame Öffnung hin optimiert sind, also ein Optimum hinsichtlich Beugung und Schärfentiefe realisiert haben, denn abblenden kann man die Objektive wie am Mikroskop üblich natürlich nicht. Beide Effekte sind physikalisch unvermeidbar, insofern kann für eine gegebene Pixelgröße allenfalls das Objektiv so optimiert werden, daß die Beugung bei gleichzeitig maximal möglicher Schärfentiefe gerade noch nicht störend auffällt.

Allerdings wird die Unschärfe beim 10x-Objektiv und beim 40x-Objektiv nicht dramatisch schlimmer. Für die Anzeige auf dem kleinen Monitor ist die Qualität auf jeden Fall sehr gut brauchbar, bei den in voller Auflösung abgespeicherten Bildern sind die Unschärfen allerdings deutlich erkennbar, zumindest für die stärkeren Vergrößerungen wohl auch physikalisch unvermeidbar bei der Größe der Sensorpixel. Wie für Sensoren mit Bayer-Matrix üblich, ist eine Verkleinerung der Kantenlänge um einen Faktor zwei bis drei der Qualität der Darstellung förderlich, insofern ist der Sensor wirklich für den kleinen Monitor ausgelegt und nicht für die abgespeicherten Bilder.

Zum direkten Vergleich einmal eine Aufnahme mit Canon EOS 5D II mit Objektiv MP-E 65mm, da ergibt sich bei fünffacher Vergrößerung, daß ein Pixel etwa 1.28 Mikrometer abbildet: Durchschlag auf Vielkanalverstärkerplatte (Kamera).
Mit auszugsverlängerndem Zubehör und geschickter Beleuchtung läßt sich allerdings noch mehr herausholen: Vielkanalverstärkerplatte mit Riß (Kamera), oder mit etwa zwölffacher Vergrößerung (0.51 Mikrometer pro Pixel): Vielkanalverstärkerplatte mit Riß (Kamera).
Und das gleiche Motiv mit dem Mikroskop mit dem 4x-Objektiv, mit dem ergibt sich, daß ein Pixel etwa 0.9 Mikrometer abbildet: Durchschlag auf Vielkanalverstärkerplatte (Mikroskop).
Und mit dem 10x-Objektiv (0.35 Mikrometer pro Pixel): Durchschlag auf Vielkanalverstärkerplatte (Mikroskop).

Obwohl das Mikroskop ja eigentlich darauf optimiert sein sollte, kleine Objekte darzustellen und die Kamera samt Objektiv an der Grenze ihrer Möglichkeiten arbeitet, zeigt sich doch, daß man mit der Kamera deutlich mehr herausholen kann als mit diesem Mikroskop. Ein weiterer gravierender Unterschied liegt darin, daß das Bild der Kamera nur ein kleiner Ausschnitt des gesamten Sensors ist, der etwa 21 Millionen Pixel hat, auf dem ersten Bild der Kamera sind nur etwa 2 Millionen davon dargestellt. Das Mikroskop hat hingegen weniger als 2 Millionen Pixel, kostest allerdings auch nur etwa ein zwanzigstel der Photoausrüstung, mit der das Vergleichsbild aufgenommen wurde. Ein weiterer Vorteil der Kamera liegt darin, daß der Weißabgleich eingestellt werden kann und sich dieser dann auch nicht mehr ändert, Beleuchtung und Farbtreue sind so besser aufeinander abzustimmen und zu kontrollieren. Allerdings ist es bei der Kamera schwieriger, das Motiv exakt senkrecht zur Objektivachse auszurichten. Die Eignung für verschiedene Motive ist zudem sehr unterschiedlich.
Bei der Kamera läßt sich auch mittels TTL-Technik ein sehr kurzer Blitz mit viel Licht verwenden, um die Belichtungszeit sehr kurz zu halten - bei diesem Mikroskop hingegen ist die Belichtungszeit nicht einmal einstellbar, was natürlich suboptimal für die Qualität des Bildes ist.

In das Mikroskop scheint ein kleinerer Sensor mit kleineren Pixeln eingebaut zu sein als Bresser annimmt, was zum einen erklären würde, warum die angeblichen 1600x1200-Bilder nur als 1520x1120-Bilder abgespeichert werden und die Vergrößerung auf dem Monitor mindestens 52-fach und nicht 40-fach ist. Kleinere Sensoren mit kleineren Pixeln sind natürlich preiswerter als große mit großen Pixeln, sind aber auch weniger empfindlich und Beugungseffekte werden eher bemerkbar, wenn die Objektive für größere Pixel optimiert wurden. Wenn hingegen das Mikroskop wirklich optimal arbeiten würde, würden auch kleine Pixel auf einem großen Sensor nicht schaden, reichlich Licht und gute Empfindlichkeit des Sensors vorausgesetzt.

Um auf eine 40-fache Vergrößerung mit dem 4x-Objektiv auf dem LCD bei 1600 x 1200 Pixeln zu kommen, müßte der Pixelabstand also etwa 4.3 Mikrometer betragen und entsprechend der Sensor eine Größe von etwa 6.9 mm x 5.2 mm haben - also deutlich größer und empfindlicher als der vermutlich eingebaute.

Die eingebaute Auflichtbeleuchtung ist leider nur für das 4x-Objektiv verwendbar, allerdings kann mit anderen Beleuchtungsquellen relativ einfach auch das 10x-Objektiv mit Auflicht betrieben werden. Das war für mich recht einfach mit einem zusätzlichen, besser positionierten LED-Licht oder alternativ auch einer Kaltlichtleuchte, Glasfaser. Auflichtbeleuchtung mit dem 40x-Objektiv ist hingegen wirklich schwierig, war aber bei einem geeigneten Beobachtungsobjekt auch noch mit der Kaltlichtleuchte machbar.

Die Anordnung der Knöpfe zur Bedienung der Elektronik des Mikroskops, insbesondere den zum Speichern der Bilder, oben an das LCD zu positionieren, ist ein echter konstruktiver Fehler. Beim Betätigen (ver-)wackelt das Bild oft. Das ist auch kein Wunder, weil das LCD mit den Knöpfen ganz oben am Mikroskop angeordnet ist und man zudem in horizontaler Richtung auf die Knöpfe drücken muß. Somit wirkt ein großes Drehmoment auf den Tubus des Mikroskops und die Halterung, somit schwingt das Mikroskop bei der Belichtung, Anzeige und Bilder sind verwackelt, der Ausschnitt ändert sich bei der Betätigung der Knöpfe kurzzeitig.
Bereits wenn man den Aufnahmeknopf unten im Fuß des Mikroskops positionieren würde, die Kraft beim Drücken nach unten gerichtet, wäre dies größtenteils vermeidbar, dies kann man leicht ausprobieren, wenn man etwa den gleichen Druck unten auf den Fuß ausübt, den man benötigt, um ein Bild zu speichern.

Mehr allgemein irritierend ist die Angabe der Vergrößerungen. Bei meinen Lupenobjektiven und Makroobjektiven für meine Spiegelreflexkameras bezieht sich die Vergrößerung immer auf die Abbildung auf den Sensor. Beim Lupenobjektiv (Canon MP-E 65mm, maximal fünffache Vergrößerung) zusammen mit Canon EOS 5D II (6.4 Mikrometer Pixelabstand) bedeutet die fünffache Vergrößerung einfach, daß ein Pixel 1.28 Mikrometern beim Motiv entspricht, unabhängig davon, womit später das Bild betrachtet wird.
Bei dem Mikroskop mit oben bereits beschriebenen Abweichungen kommt man dann immer noch auf Vergrößerungen von 5.2-fach bis 52-fach. Solche Angaben würden die Vergleichbarkeit mit anderen Mikroskopen und Systemen erleichtern, zumal 52-fach bei dem eingebauten Sensor ja schon bedeutet, daß ein Pixel einem Abstand beim Motiv von 67 nm entspricht, mit sichtbarem Licht (selbst blau-violett), wird man mit einem Sensor mit Bayer-Matrix wohl ohnehin keine sinnvollen stärkeren Vergrößerungen hinbekommen, ab einem Motivabstand von 200 nm sollte die Auflösungsgrenze erreicht sein, weniger als 100 nm wird auch für digitale Bilder nicht mehr Information oder schärfere Bilder liefern.

Da das Gerät ja doch auch für Kinder gedacht zu sein scheint, scheint es mir suboptimal zu sein, daß die Menüs nur auf englisch und chinesisch verfügbar sind, warum nicht auch auf deutsch? Die Dauerpräparate sind nur auf englisch beschriftet, teils mit kryptischen Abkürzungen, die nirgends erklärt sind - wozu sollen die kryptischen Abkürzungen gut sein (etwa: "EPIDERMIS ONION W.M." - der beiden Wörter sind klar - Zwiebelschale, aber die beiden Buchstaben?)?

Das Datum und das verwendete Objektiv (und damit die Vergrößerung bezogen auf den Sensor) sollten als EXIF-Daten im Bild abgespeichert werden. Daß das Datum links oben aufs Bild gemalt wird, ist demgegenüber eher suboptimal. Die Datumsfunktion nahezu unbrauchbar macht zudem, daß die Einstellungen offenbar bereits wieder vergessen sind, wenn man das Gerät abschaltet.

Mit Videoformaten kenne ich mich nicht aus, jedenfalls behauptet Bresser, es handele sich um 'AVI', ein Containerformat von microsoft, abgespeichert wird das Video allerdings im Containerformat video/3gpp, Dateiendung '.3gp', laut dem Video-Abspieler totem (Gnome) handelt es sich um das codec ISO MPEG-4. Videos werden immer in der Größe 320 x 240 Pixel abgespeichert, entsprechend der Anzeige auf dem LCD.

Fazit

Das Mikroskop ist gut geeignet, um kleine Objekte mit sichtbarem Durchlicht zu untersuchen und zu vergrößern. Die Speicherfunktion der Bilder ist schlecht durchdacht und hätte recht einfach deutlich besser umgesetzt werden können. Die abgespeicherten Bilder sind daher manchmal unnötigerweise verwackelt. Die Schärfe der abgespeicherten, nicht verwackelten Bilder liegt in dem Bereich, was für den verwendeten Sensor mit Bayer-Matrix bei den Vergrößerungen erwartet werden kann.
Der eingebaute Sensor liefert eine andere Vergrößerung als angegeben, das ist ein grober Fehler. Und sollte das wirklich daran liegen, daß ein kleinerer Sensor mit kleineren Pixeln eingebaut ist, so kommt das einer Täuschung der Käufer sehr nahe. Schlimmer als dies kann die dadurch bedingte andere Vergrößerung, die nirgends vermerkt ist, zu falschen Schlüssen über die Größe von untersuchten Objekten führen.
Eine Alternative für das Mikroskop für bessere Aufnahmen wäre ein klassisches mit einem gesonderten Tubus, an den eine Spiegelreflexkamera mit großem Sensor direkt angeschlossen werden kann. Ein geeignetes Durchlichtmikroskop von Bresser wäre etwa BioScience Trino (5750600) oder besser noch das für Auf- und Durchlicht geeignete Science ADL 601P (5770200) jeweils mit Science SLR-Kameraadapter (5942100). Bereits der Kameraadapter allein hat einen vergleichbaren Preis wie das LCD Micro.
Mikroskope etablierterer Hersteller sind zumeist noch deutlich teurer. Dies wie auch die deutlich höheren Kosten für die Science-Mikroskope von Bresser haben natürlich objektive Ursachen, die für die Qualität der Resultate relevant sind, insofern darf man von den sehr preiswerten Mikroskopen auch keine qualitativen Wunder erwarten.

Nachtrag

Am 2011-04-26 habe ich Bresser/Meade per email eine Anfrage bezüglich der genannten Mängel und Unstimmigkeiten zukommen lassen. Am 2011-05-16 habe ich die Anfrage erneut losgeschickt, einschließlich der Ergänzung, daß ich das Mikroskop inzwischen wegen des Pixelfehlers und der anderen Mängel an den Händler zurückggegeben habe.

Am 2011-05-23 ist dann endlich eine Antwort eingetroffen. Darin wird eingeräumt, daß der zu kleine Sensor ein Fehler des (chinesischen?) Herstellers sei. Es wird empfohlen, generell ein Präparat mit bekannter Skala zu verwenden, um die Vergrößerung korrekt zu bestimmen - das hilft natürlich wenig, um den Effekt der geringeren Dynamik oder Empfindlichkeit kleinerer Pixel zu kompensieren.
Die ungünstige Lage der Knöpfe läge an der Modulbauweise. Das ist allerdings eher ein Hinweis darauf, daß die Modulbauweise dann offensichtlich nicht sonderlich gut durchdacht ist. Ein inverser Aufbau könnte da Abhilfe schaffen oder auch ein etwas längerer Draht, um den entscheidenden Knopf im Fuß statt im Kopf unterzubringen.

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