Hoe kun je fotograferen op een microscopisch niveau?

Marc Brouwer

6 jaar geleden

In eerdere blogs mocht ik mijn passie voor macro- en microfotografie al eens delen en deze keer ga ik nog een stapje verder. De meeste fotografen hebben wel een beeld van de vergroting en het te verwachten resultaat bij een macrolens. Stop daar nog een aantal tussenringen tussen of gebruik daarop nog een voorzetlens en de vergroting wordt meer en meer. Dat gaat natuurlijk een keer voor problemen zorgen, zoals de verminderde scherpte en scherptevlak en de afname van licht. Maar wat als we dat stapelwerk vervangen door een microscopisch lensje? In dit blog hoop ik een goed beeld te geven van wat je met microscopische lenzen kunt doen en wat erbij komt kijken.

Eerst twee voorbeelden

Omdat een aantal dingen erg technisch zijn en misschien alleen interessant zijn voor wie er echt wat mee wil doen, begin ik even met wat voorbeelden. Links zien we een watervlo en rechts een eenoogkreeftje. Beide komen gewoon uit de sloot en zijn ongeveer één millimeter groot. Bij het eenoogkreeftje zijn de twee zakken met eieren goed te zien. Deze afbeeldingen zijn natuurlijk verkleind, maar wie nog heel ver wil inzoomen kan een kijkje nemen op mijn website, dan zie je nog meer details!

De camera die ik hiervoor gebruik is de Olympus E-M1 Mark II systeemcamera. Op de camera heb ik een goedkoop (een aantal tientjes) microscopisch lensje met 10x vergroting gebruikt en 77mm aan tussenringen. Vanaf circa €60,- kun je al een microscopisch lensje met adapter kopen, maar als je resultaten wilt zoals de voorbeelden, dan ben je er nog niet helemaal. Dit zal gaandeweg in mijn verhaal duidelijk worden.

Hoe bevestig je een microscopisch lensje op je camera?

Hoe krijg je een microscopisch lensje op een camera? Er zijn meerdere manieren om dit te doen, afhankelijk van de aansluiting van de lens. Zie het als lenzen voor spiegelreflex- en systeemcamera’s. Heb je een lens voor Nikon, dan heeft die een andere aansluiting dan die van bijvoorbeeld Olympus. Hetzelfde geldt voor microscopische lenzen, de ene is gemaakt voor het ene merk microscoop en de andere weer voor een ander merk. Een van de veelgebruikte aansluitingen is de RMS-aansluiting (diameter 20.32mm).

De eerste bevestigingsoptie is om het microscopische lensje op een telelens of macrolens te zetten. Hierbij heb je een 'infinity corrected objective' nodig als microscopische lens (ongeacht de vergroting) en een adapter om van bijvoorbeeld RMS naar het filterformaat van je telelens of macrolens te gaan.

Optie twee is om het microscopische lensje direct op de camera te bevestigen. In dit geval gaat het om 'finite conjugate objectives' en zijn er mogelijk twee adapters nodig. Een adapter om van RMS naar bijvoorbeeld M42 (een universele aansluiting) te gaan en dan van M42 naar de camera mount (Olympus, Nikon, Canon etc.). Omdat 'finite conjugate objectives' voor een vast brandpunt zijn gemaakt, moet je de brandpuntsafstand opvullen met tussenringen (of een macrobalg). Als 160mm de brandpuntsafstand van het microscopische lensje is, heb je 150-160mm aan tussenringen nodig. Bij kleinere sensoren (o.a. Olympus) moet de cropfactor meegenomen worden. Bij Olympus heb je een 2x cropfactor en dus genoeg aan 75-80mm aan tussenringen.

Heb je een microscoop, dan zijn er opties om een camera op een microscoop te bevestigen. Voor sommige objecten is dat misschien makkelijker, maar voor de techniek (focus stacking) die ik gebruik wellicht niet. Meer daarover bij het stukje over de scherpte.

Hoe belicht je bij micro-fotografie?

De meest eenvoudige manier van belichting binnen microscopie is 'bright-field'. Hierbij komt al het licht van onder het object en schijnt het door het object heen. Bij microscopen wordt dat gedaan door een spiegel of lamp onder de microscoop. Wil je dit effect bij fotografie, dan kun je het object op een glasplaatje zetten (net als bij een microscoop) en daaronder een flitser of LED-lamp voor de belichting gebruiken. Het gevolg is logischerwijs een witte achtergrond. Hieronder is een voorbeeld dat met een klein LED-lampje gemaakt is. Let wel op dat de witbalans goed moet staan!

Een witte achtergrond is heel makkelijk, maar voor sommige objecten of beestjes is dit lastig, omdat ze bijvoorbeeld minder licht doorlaten en dus kan het voorkomen dat je hele donkere delen krijgt. Afgezien van de donkere delen, heeft een zwarte achtergrond mijn voorkeur. Daarom heb ik een constructie gemaakt die zowel schuin van onderen als schuin van boven belicht. Dit is afgekeken van de Köhler Illumination. Bij het mosselkreeftje hieronder (ja, het is echt een beestje uit de sloot!) was deze manier van belichten echt belangrijk, omdat er niet genoeg licht door het beestje heengaat. Door ook van boven te belichten komen de kleur en structuur tot hun recht.

Hoeveel vergroting heb je nodig?

Hoe meer we vergroten, des te minder er aan scherpte overblijft. Een microscopisch lensje dat 4x vergroot, fotografeert daardoor makkelijker dan één met een vergroting van 10x tot 100x. Met het lensje dat ik heb, is mij opgevallen dat 4x eigenlijk niet genoeg is en 40x al te veel. Betere lenzen zullen het wel makkelijker maken, maar ik hou het voorlopig bij 10x vergroting. Als een beestje niet volledig op de foto past, maak ik als het ware een panorama om toch 10x te kunnen vergroten en het als geheel op de foto te zetten.

Hoe krijg je het hele onderwerp scherp?

Nu de grote truc, hoe krijgen we alles van voor tot achter scherp met deze vergrotingen? Dit kan door de techniek focus stacking te gebruiken. Hierbij verleg je de scherpte elke keer een klein beetje zodat elk deel een keer scherp gefotografeerd is. Daarna kan software, zoals Zerene Stacker, dit samenvoegen tot één scherpe foto. Het aantal benodigde foto’s is altijd anders. Afhankelijk van de dikte van het object dat je wilt fotograferen is het meer of minder. Wil je focus stacking en panorama combineren dan loopt het heel snel op. Voor echt kleine objecten red je het misschien met honderd foto’s of minder. Dit kan nog net aan handmatig door middel van een macrorail waarmee je nauwkeurig het scherptepunt kunt verleggen.

Het meest extreme wat ik tot nu toe heb gedaan is een vlokreeft. Het is een panorama (ook wel stitching genoemd bij microscopie) van twaalf delen gecombineerd met focus stacking. Er waren 7085 foto’s voor nodig, maar het levert ook een 150 megapixel resultaat op. Het eenoogkreeftje dat je in het begin zag, is een panorama van drie delen gecombineerd met focus stacking. Er waren 1525 foto’s voor nodig. Hetzelfde principe voor de onderstaande foto van een muggenlarve, die bestaat uit 1195 foto’s.

Wat is mijn grote geheim?

Als het om honderden of duizenden foto’s gaat, ga ik die niet stuk voor stuk maken. Dat is onbegonnen werk. Hiervoor heb ik een geautomatiseerde macrorail gebouwd. Met de huidige instellingen wordt de camera elke keer 6.3 micron opgeschoven. Dan even niks om trilling te voorkomen. Vervolgens gaan er LED-lampjes aan, wordt de camera aangestuurd om een foto te maken en daarna gaan de LED-lampjes weer uit. Het is echt zo simpel! Het voordeel van een systeemcamera, zoals de Olympus E-M1 Mark II, is dat er een optie op zit om te fotografen door middel van een elektronische sluiter in plaats van de gebruikelijke mechanische sluiter. Zo weet je zeker dat er geen enkele trilling is.

Voor wie er een beetje bekend mee is, de onderdelen zijn van Makeblock. De microcontroller is een aangepaste Arduino UNO en stuurt een stappenmotor aan die per keer 1/16e stap draait (0.1125°). Door steeds tandwielen van klein naar groot te gebruiken vermindert de rotatie elke keer een beetje. Hierdoor kun je echt een aantal microns per keer verschuiven.

Wat gebruik ik allemaal?

• Olympus E-M1 Mark II systeemcamera
• 77mm tussenringen voor MFT van Pixco
• Een M42 naar MFT adapter van RG
• RMS naar M42 adapter van Pixco
• Microscopisch lensje met 10x vergroting
• Benro C3580T statief
• Benro B1 balhoofd met standaard snelkoppelingsplaat
• Sunwayfoto DDY-64iL panoramaklem
• Caruba statiefplaat 200mm
• Trigger kabel
• USB-kabel voor tethering
• Macrorail onderdelen (Makeblock Ultimate set, een 42BYG stappenmotor en wat andere losse onderdelen)
• Een objectglaasje (en recent heb ik gehoord dat ik eigenlijk nog een dekglaasje zou moeten gebruiken, maar die heb ik nog niet)

De onderdelen die uit het buitenland komen zijn qua merk helaas niet altijd even duidelijk en de macrorail onderdelen zijn ook wat lastig. Ik schat dat ik wel vijftig verschillende onderdelen heb gebruikt voor het maken van de macrorail. Qua software kun je denken aan Arduino IDE incl. Makeblock library, de Arduino App, Olympus Capture, Olympus Viewer 3, Zerene Stacker en Adobe Photoshop. Het fotograferen door een microscopisch lensje doe ik nog maar sinds september en ruimte om te leren en verbeteren is er zeker, dus heb jij ideeën of verbeterpunten, dan hoor ik ze graag!