Ernst Hüttinger

Die Makrofotografie mit vollkomener Tiefenschärfe, in Focus Stepper Technik ist längst eingebürgert. Sie ist sozusagen der Stand der Technik, wenn es um Objekte geht, die gut zugänglich sind und nicht davon fliegen, laufen oder sonst was können.

Es hat sich längst ein Szene etabliert, die den Qualitätslevel auf ein sehr hohes Niveau geschoben hat. Einen Grundsatz erkennt jeder, der sich mit dieser Technik beschäftigt, sehr schnell: "Mit steigender Vergrößerung und Qualität steigt auch der Aufwand zur Herstellung des Bildes".

 

Nicht nur Makrofreaks und Perfektionisten bedienen sich der Methode, sie hat sich längst auch im wissenschaftlichen Bereich eingebürgert, wo es gilt die Makrofotografie zur Darstellung und Dokumentation einzusetzen.

Professionelle Geräte und Software sind nicht aus der Portokasse zu bezahlen, sie sind für den sparsamen Fotoamateur nicht einfach leistbar. Die Käufer rekrutieren sich im Bereich der Naturwissenschaftlichen Museen, Universitätsinstitute und andere Forschungseinrichtungen. Daneben hat der anspruchsvolle Amateur seine persönlichen Vorstellungen was das Ding können muss, wobei der Einsatz seiner vorhandenen Ausrüstung nur eine billige Forderung ist. Aus diesen Überlegungen heraus, ist der Selbstbau naheliegend, wobei für so ein Unterfangen auch gewisse Voraussetzungen notwendig sind. Und eine gewisse Zwanghaftigkeit etwas selber machen, ist eine gute Voraussetzung.

Eine Beschreibung des Prinzips unterlasse ich hier, Suchmaschinen finden unter den Suchbegriffen makro, steptechnik, focus stepper u.s.w. sehr viele Informationen und wenn man englische Webseiten mitsucht, explodiert geradezu das Informationsangebot. Daher kann ich mich auf den Eigenbau beschränken.

Was sollte die Maschine können?

  • schwer und stabil muss sie sein
  • jede beliebige Kamera mit beliebiger Optik muss verwendbar sein
  • Umrüstung auf andere Vergrößerungsbereiche müssen einfach möglich sein
  • senkrecht und waagrecht einsetzbar
  • die Kamera sitzt am Steppertisch, Objekt und Beleuchtung ist fixiert
  • das Objekt muss in allen 3 Achsen mittels Prismenführung fein einstellbar sein
  • der Steppertisch muss mittels Schrittmotor bewegt werden
  • die Steuerung soll auf Mikroprozessorbasis (ARDUINO) automatisiert ablaufen
  • alle Komponenten sollen kostengünstig verfügbar sein
  • alle Einzelteile müssen für sich optimierbar sein
  • die Software muss einen klaren Arbeitsablauf erlauben

Focus StackerDa es nicht das erste Gerät war, welches ich gebaut habe, war schnell intuitiv angefangen. In der Kellerwerkstätte hat sich einiges angesammelt, was man verwerten könnte. Diese Kiste wurde nun durchsucht die Teile gereinigt, vermessen und eine Skizze mit den wichtigen Maßen angelegt. Es soll sich am Ende dann alles so halbwegs ausgehen. So kommt es, dass einige Teile schon ein anderes "Leben" hatten. Was sich natürlich auf die Materialkosten auswirkt.

So war der präzise Steppertisch bald in den Grundfunktionen vorhanden, eine Feingewindespindel mit passender Mutter hortete ich für diesen Zweck schon länger. Das Spiel Spindel/Mutter musste noch beseitigt werden, auch das war nicht so schwierig, da die genaue Positionierung nur in einer Richtung notwendig ist.

Aus einem abgelegten Tintenstrahldrucker wurden die Zahnräder und die Schrittmotoren entnommen. Zum Glück fand sich auch ein ungewöhnlich großes Zahnrad, passend auf das Ritzel am Schrittmotor. Das ergab dann in Kombination von Feingewindespindel mit dem Zahnradpaar, 120 Schritte für 0,1mm Tischbewegung. Das war schon einmal ein gute Ausgangslage.

Zur Stromversorgung wird ein, auch schon einige Zeit gehortetes, PC-Netzteil adaptiert. Diese Geräte sind sehr leistungsfähig und liefern 3 unterschiedliche Spannungen. Mit zusätzlichen Spannungsreglern kann man da auch noch nachhelfen. Öffnen, entstauben, unnötige Verdrahtung entfernen, Lastwiderstand und Kontrollleuchte einbauen, ist eher eine einfache Angelegenheit. Auch dazu gibt es im Web jede Menge an Informationen, durch einfaches Googeln findet man jede menge Information.

Der nächste Teil war die Ansteuerung des Schrittmotors. Da war Einkaufen angesagt. Ein Arduino Mikroprozessor und eine Motorplatine dazu, einige Taster und Kleinigkeiten. Da bekommt man doch noch einiges für sein Geld. Damit war aber auch schon die erste Hürde da, ich hatte nämlich von diesem Zeug 0-Ahnung, konkret die Programmierung des Arduino in C++. Der Einstieg war schwer, aber es ging dann doch was weiter. Letztendlich hatte ich dann einige Unterstützung, bis sozusagen der Groschen gefallen war (wofür ich herzlichen Dank sage). Nun läuft das Werkel. Mit einer selbst programmierten Schaltung die ich verstehe und daher auch jederzeit ändern kann, sollte es notwendig werden. Was will man mehr, da bekommt man auch gleich Lust auf komplexere Projekte.

1. TestbildDamit konnte man schon einmal eine Testserie aufnehmen. Und das Ergebnis kann sich durchaus sehen lassen.

objektmanipulatorBei stärkeren Vergrößerungen ist das Einrichten der Objekte eine extrem futzelige Arbeit. Daher musste ein Objektmanipulator, der in allen drei Achsen mittels Prismenführung einstellbar ist, gebaut werden. Stabilität, damit da nichts vibriert, ist eine Voraussetzung. Dazu fand sich wieder was in der Kiste, ein Einstellführung aus der EXAKTA-Zeit, ein Objektivträgerplatine mit der Verstellung, von einem älteren Vergrößerungsgerät und für die dritte Achse ein Fragment eines Objektführers von einem Mikroskoptisch. Dazu Schrauben, Bohrer, Drehbank und die Fräse. Funktioniert bestens damit kann man nun die Objekte auf Bruchteile eines Millimeters einjustieren.

Als Software für die Weiterverarbeitung der Bilderserien verwende ich Helicon(Lizenz) und CombineZP(frei)

Der Arbeitsablauf, oder überkandidelt ausgedrückt der Workflow, ist folgender:

  1. Aussuchen des Objektes, bei stärkerer Vergrößerung Kontrolle im Stereomikroskop auf Vollständigkeit, Verschmutzung, eventuell auch auf Sichtbarkeit der abzubildenden Strukturen (z.B. Insekten). Eventuell reinigen durch abblasen, waschen, Ultraschall, je nach dem was es ist.
  2. Befestigung am Objekthalter, mit Überprüfung der richtigen Justierung im Sucher.
  3. Festlegung der Vergrößerung, des Bildausschnittes und der Position bei offener Blende.
  4. Wenn notwendig, wird die manuelle Beleuchtungseinstellung mit einer Testausnahme überprüft und gegebenenfalls korrigiert.
  5. Genaue Positionierung der Kamera entweder über den Grobtrieb am Tisch oder/und mit dem Schrittmotor.
  6. Startpunkt festlegen (Taster)
  7. Mit den Tasten vor und zurück wird der Endpunkt gesucht und ebenfalls mit einer Taste festgelegt.
  8. Blende wird geschlossen, so es nicht automatisch geht (Systemabhängig).
  9. Einstellung der Schrittweite in mm
  10. Das Beleuchtungssystem, so es weggedreht ist wird in Stellung gebracht.
  11. Startknopf drücken. Der Aufnahmevorgang läuft nun automatisch ab. Der Kameratisch fährt zur Startposition, Aufnahme, Schritt, Beruhigungszeit, Aufnahme ............ und am Ende fährt er dann wieder an seine Ausgangsposition zurück.
  12. Je nach vorhandenem System kommen die Bilder automatisch auf den PC oder man übernimmt die Serie von der Speicherkarte und überprüft mit einem gängigen Bildbrowser ob alle Bilder gebraucht werden. Bei der Einstellung des Start- und Endpunktes wird man fallweise zur Sicherheit ein gewisses Übermaß zugeben. Diese Bilder kann man dann löschen und spart so Rechenzeit.

Noch am BreadboardWie geht es weiter?

Der elektronische Teil ist noch provisorisch am Breadboard, das wird erst einmal auf eine Lochrasterplatine übertragen.

Als nächstes wird ausgelotet was das mechanische Werkel bei starker Vergrößerung leisten kann.

 

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