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1. Einleitung 2. Das MagniFlash-System 3. Anwendungsgebiete 4. Ergebnisse 5. Fazit 6. Veröffentlichungen & Downloads 7. Bezugsquellen

1. Einleitung

1.1 Problemstellung und Motivation

Als angehender Biologe und begeisterter Freund von Moosen, Flechten und makroskopischen Algen habe ich bei meinen Exkursionen den Anspruch, neben dem Sammeln von Proben für die Mikroskopie, die Objekte bereits in der Natur fotografisch zu dokumentieren. Besonders betrifft dies Objekte, die fragil oder vergänglich sind, sodass sie bei einem Transport nur schlecht erhalten bleiben. Es bestand das konkrete Problem, eine Möglichkeit der Makrofotografie zu entwickeln, die hohe Vergrößerungen in Kombination mit einer guten Ausleuchtung des Objektes in Form eines Blitzes bietet. Dies sollte möglichst kompakt und praktisch auch für den mobilen Einsatz in der Natur realisiert werden.


1.2 Zum Stand der Technik

Die heutigen Mikroskope mit sehr hoher Qualität optischer sowie mechanischer Komponenten erlauben es, an selbige eine Kamera zu adaptieren. So ist es möglich, die Beobachtungen der Mikrowelt auf Film/Chip zu bannen und andere Menschen mit den eigenen Beobachtungen zu konfrontieren. Im Falle von Objekten, die in ihrer Größe zwischen einem Zentimeter und einem Millimeter liegen, liefert das Mikroskop oft nur unbefriedigende Bilder dieser meist auch räumlich sehr ausgedehnten Objekte. Sie sind für die Mikroskopfotografie zu groß und für die herkömmliche Makrofotografie zu klein.

Das Stereomikroskop ist vor allem durch das stereoskopische Bild, welches es liefert, ein hervorragendes Untersuchungsgerät für Objekte innerhalb des genannten Größenbereichs. Zur Fotografie sind jedoch die meisten Geräte nicht zu empfehlen. Bis auf wenige, sehr kostspielige Modelle besitzen sie eine Optik, die den anspruchsvollen Fotografen nicht befriedigt und eine Irisblende zum Abblenden ist die Ausnahme. Daher sind viele ambitionierte Fotografen kleiner Objekte nach ausgedehnten Versuchen am Stereomikroskop wieder zu Makroobjektiven und anderen fotografischen Alternativen (z.B Stitching) zurückgekehrt. Das plastische Bild, welches das menschliche Gehirn aus den Einzelbildern des Stereomikroskops entwirft, täuscht wohl jeden einmal erfolgreich über die unzureichende Bildqualität für die Makrofotografie hinweg.

Um Fotografien mit einem Abbildungsmaßstab größer 1:4 (Makroaufnahmen) anzufertigen, existieren derzeit verschiedene Möglichkeiten. Makroobjektive als Wechselobjektive für Systemkameras können nur an eben diesen betrieben werden und neben dem Nachteil des oftmals großen Gewichtes und des vergleichsweise hohen Anschaffungspreises von Kamerasystemen erreicht man mit Makroobjektiven ohne zusätzliche Auszugsverlängerung (Zwischenringe, Balgen) maximal einen Abbildungsmaßstab von 1:1. Die sog. Lupenobjektive wurden vorwiegend in den 60er und 70er Jahren gebaut und werden heute kaum noch angeboten. Mit diesen Spezialobjektiven kann man zwar Abbildungsmaßstäbe von 1:1 bis 20:1 erreichen, doch ist häufig ein Balgengerät erforderlich, sodass dieses System oft nur stationär oder mit Stativ Anwendung findet. Des weiteren gibt es für Kamerasysteme noch Zwischenringe oder das Balgengerät, um den Abstand von Objektiv und Bildebene (Chip) zu vergrößern und somit den Abbildungsmaßstab zu erhöhen.

Für Kameras mit fest eingebautem Objektiv sind Nahlinsen erhältlich. Eine solche wird vor das bestehende Objektiv der Kamera geschraubt und stellt meist eine bikonvexe Vergrößerungslinse von 1 bis 4 dpt, höchstens 10 dpt dar. Viele dieser Linsen sind weder chromatisch noch sphärisch korrigiert und erzeugen für den aufmerksamen Makrofotografen unerwünschte Aberrationen. Zudem erreicht man mit handelsüblichen Nahlinsen höchstens einen Abbildungsmaßstab von ca. 1:1.

Bis auf die Nahlinsen sind die genannten Möglichkeiten zur Makrofotografie durch hohes Gewicht, große Abmessungen oder die Anzahl der zusätzlich benötigten Einzelteile mobil nur mit Einschränkungen anwendbar. Zudem tritt bei allen zuvor genannten Lösungen zur Makrofotografie in der Natur das Problem der Beleuchtung auf. Durch die hohe Vergrößerung sind die Makroaufnahmen immens empfindlich gegenüber Bewegungen der Kamera in Relation zum Objekt. Abhilfe schaffen entweder lange Belichtungszeiten in Kombination mit einem Stativ oder extrem kurze, welche unbedingt eine hohe Lichtintensität erfordert. Die teils recht geringen Gegenstandsweiten (20 – 100 mm) machen es unmöglich, mit dem integrierten Kamerablitz das Objekt auszuleuchten oder führen oftmals zu unschönen Ergebnissen, da das Objektiv bzw. der vergrößernde Vorsatz das Objekt beschattet. Abhilfe schaffen die für Kamerasysteme erhältlichen Ring- und Zangenblitzgeräte, die mit dem Kamerablitz synchronisiert sind. Durch dieses notwendige Zubehör steigt der Umfang der Ausrüstung weiter an, was den unkomplizierten Einsatz in der Natur oftmals behindert.


2. Das MagniFlash-System


2.1 Aufbau und Funktion

Die Lösung bietet die Kombination eines vergrößernden Linsensystems positiver Brennweite mit einem vorhandenen Kameraobjektiv. Das Linsensystem wird auf einfache Weise über die Bajonettfassung der Kompaktkamera  oder über das Gewinde des betreffenden Objektivs vor dem selben montiert. Bei montiertem MagniFlash wird automatisch über Lichtwellenleiter eine optische Verbindung von Kameraintegriertem Blitz zum in der Brennebene des Linsensystems befindlichen Objekts geschaffen. Das Blitzlicht wird durch Totalreflexion in den lichtoptischen Fasern in einen Diffusor aus Polymethylmethacrylat (PMMA) mit mattierter Oberfläche geführt. Dort breitet es sich aus, worauf der Diffusor für eine zusätzliche Streuung des Lichtes sorgt und dieses in die Brennebene der Linsenanordnung projiziert. Durch diese Anordnung wird die Belichtung des Objektes mit Hilfe des integrierten Kamerablitzes auf einfache Weise ermöglicht und es resultiert eine homogene Ausleuchtung des Bildfeldes, wie es für Ringblitze typisch ist. Durch das somit ermöglichte Blitzen im extremen Makrobereich lassen sich die Belichtungszeiten auf wenige Zehntausendstel Sekunden reduzieren und die hohe Lichtdosis erlaubt die Wahl hoher Blendenzahlen, wodurch eine hohe Schärfentiefe gewährleistet wird.

Abb. 1: MagniFlash an Canon Powershot A95, mit Blüte im Fokus

Prinzipiell wirkt das Linsensystem von MagniFlash wie eine Nahlinse. Der wesentliche Unterschied ist dessen Brennweite von ca. 30 mm und die damit verbundene Vergrößerung. Übliche Nahlinsen reichen höchstens bis zu einer Brennweite von 250 mm, bei Kombinationen mehrerer Nahlinsen oder den selteneren 10 dpt Linsen bis zu 100 mm. Die hohe Qualität des aus zwei Achromaten bestehenden Linsensystems von MagniFlash gewährleistet sehr hohe Abbildungsqualitäten.


2.2 Linsenqualität

Da hochvergrößernde Linsensysteme häufig starke optische Fehler aufweisen, wie beispielsweise chromatische Aberrationen in Form von Farbsäumen an Konturen oder starke Bildfeldwölbungen, kommt bei MagniFlash ein Linsensystem aus vier Linsen zum Einsatz. Diese sind zu zwei hochwertigen Achromaten arrangiert und kompensieren die wichtigsten linsentypischen Abbildungsfehler. Es resultiert ein exzellent korrigiertes optisches Bild, welches für die Fotografie bestens geeignet ist. Obwohl die Beurteilung von Linseneigenschaften am besten mit dem bloßen Auge geschieht, um kameraspezifische Einflüsse auszuschließen, belegen die Testfotos das hochwertige Bild (Abb. 2 und Abb. 3). Bei ausreichender Brennweite des Kameraobjektivs ist dieses vignettierungsfrei und bis in die Bildecken nahezu plan. Chromatische Aberrationen werden auf ein Minimum reduziert und fallen bei der Fotografie mit MagniFlash nicht mehr ins Gewicht. An dieser Stelle soll nicht verschwiegen werden, dass die Qualität des entstehenden Bildes selbstverständlich auch in hohem Maße von Qualität und Brennweite des verwendeten Kameraobjektivs beeinflusst wird.

Abb. 2: Objektmikrometer (10 mm) mit MagniFlash aufgenommen, Randbereiche und Mitte vergrößertdargestellt (MagniFlash + Canon Powershot A95)	Abb. 3: Millimeterpapier mit MagniFlash aufgenommen, Bildfeldwölbung kaum wahrnehmbar, hohe Randschärfe (MagniFlash + Canon Powershot A95)

2.3 Mögliche Vergrößerungen

MagniFlash ist modular konzipiert und kann verschiedene Linseneinsätze aufnehmen. Diese bestehen aus einem Linsensystem gewünschter Brennweite und einem dazugehörigem Diffusor. Sie sind auf einfache Weise austauschbar und werden durch starke Magnete sicher gehalten (Abb 4). Der Standard-Linseneinsatz von MagniFlash hat eine Brennweite von 25 mm, was 40 dpt entspricht. In vielen Einsatzgebieten sind jedoch auch geringere Abbildungsmaßstäbe sehr nützlich und so gibt es zudem einen Linseneinsatz mit einer Brennweite von 50 mm entsprechend 20 dpt.

Abb. 4: Die Linseneinsätze von MagniFlash sind auf einfache Weise austauschbar.

Um die Vergrößerungsleistung von MagniFlash in Kombination mit bestimmten Kameraobjektiven anzugeben, wird im Folgenden die reale Objektgröße auf die Bildgröße des Objektes bei einer Auflösung von 300 dpi bezogen (Vergrößerungsfaktor V). Dies aufgrund der Tatsache, dass bei der Angabe des Abbildungsmaßstabes den differierenden Auflösungen der verschiedenen Kamerachips nicht Rechnung getragen wird. Die Auflösung der verwendeten Kamera hat großen Einfluss auf die Nutzbarkeit von Bildausschnitten, also digital nachvergrößerten Fotografien. Weiterhin gibt die Bildweite in Millimeter einen Eindruck von der Vergrößerung. (Tab. 1)   

Tab. 1: Vergrößerungen und Bildweiten von MagniFlash (40 dpt) mit verschiedenen Kameramodellen und Objektiven.

Kamera/Objektiv	Auflösung [Megapixel]	Bildweite [mm]	Vergrößerungsfaktor (bei 300 dpi)
Canon Powershot A95	5,0	14	16
Canon Powershot A630	8,0	12	25
Pentax ist DL / DA 3,5-5,6/18-55 mm	6,1	19	13

2.4 Schärfentiefe

Durch den Einsatz des kameraintegrierten Blitzes und die hohe Belichtung des Objektes kann bei der Verwendung von MagniFlash eine hohe Blendenzahl gewählt werden. Dies gewährleistet eine hohe Schärfentiefe, was gerade bei dokumentarischen Makroaufnahmen von sehr großem Wert ist. Die empirische Quantifizierung der Schärfentiefe bzw. eine Festlegung eines Schärfebereichs fällt auch mit standardisierten Testfotografien schwer, da der Übergang von der absoluten Schärfe (sofern es diese überhaupt gibt) zur Unschärfe fließend ist. Zudem verändert sich mit der Blendenzahl auch die Abbildung unscharfer Strukturen maßgeblich, ohne dass diese ganz scharf abgebildet werden. So werden an dieser Stelle lediglich Testfotografien bei verschiedenen Blendenzahlen präsentiert (Abb. 5). Möge sich der Leser selbst ein Bild machen. Beachtlich ist die hohe Schärfentiefe bei der Blendenzahl 38.

Abb. 5: Testaufnahmen eines 45° Rasters zur Beurteilung der Schärfentiefe, a: Blendenzahl 5,6; b: Blendenzahl 38. (MagniFlash + Objektiv Pentax DA 3,5-5,6/18-55 mm + Pentax ist DL)

2.5 Geeignete Kameratypen und Objektive

Ursprünglich wurde MagniFlash für die Anwendung an kompakten Digitalkameras entwickelt, was den Nutzern dieser Modelle eine ganz neue Ebene der Fotografie eröffnet. In einer Weiterentwicklung wurde MagniFlash auch für Systemkameras verfügbar gemacht. Es ist einerseits möglich, in Kombination mit „Normalobjektiven“ einer gewissen Mindestbrennweite und Teleobjektiven in den Makrobereich zu gelangen. Weiterhin lässt sich der Abbildungsmaßstab von Makroobjektiven mit MagniFlash ebenso steigern.

2.5.1 Digitale Kompaktkameras
Die Kombination von MagniFlash mit handelsüblichen Kompaktkameras besticht durch einige Vorteile, die sich insbesondere im Feldeinsatz zeigen. Ich arbeite schon lange mit der Canon Powershot A 95 (Abb. 6) und habe inzwischen auch einige andere Modelle der Powershot-Gruppe von Canon in Kombination mit MagniFlash getestet. Obwohl manche der kleinen Modelle nicht die Wahl der Blendenzahl 8 oder die Zeitautomatik (Av) ermöglichen, eignen sich die Powershot-Produkte grundsätzlich sehr gut. Die erforderliche maximale Brennweite von ca. 100 mm überbieten alle aktuellen Modelle. Eine besondere Empfehlung kann ich für die langfristig mit MagniFlash erprobte Canon Powershot A95, die A600er-Serie (Abb. 7) und auch die A570 IS (Abb. 8) geben.

Abb. 6: MagniFlash + Canon Powershot A95	Abb. 7: MagniFlash + Canon Powershot A630	Abb. 8: MagniFlash + Canon Powershot A570 IS

Im mobilen Einsatz wie beispielsweise bei Exkursionen, Reisen, Tagestouren etc. kommt eine geringe Masse und eine verhältnismäßig geringe Größe dem Anwender sehr zu Gute. Trotz der Leistung auf makrofotografischer Ebene stellen Kompaktkameras in Kombination mit MagniFlash keine große Behinderung für den Anwender dar, wie es oft bei den schwereren Kamerasystemen der Fall ist. Ideal geeignet für den mobilen Einsatz in der Natur, auch dann, wenn hauptsächlich anderen Tätigkeiten nachgegangen werden soll (Proben nehmen, sammeln, kartieren). Nach der einfachen Montage von MagniFlash an die Bajonettfassung muss lediglich in den Blitzmodus geschaltet werden und ggf. kann eine zuvor programmierte Funktionseinstellung mit hoher Blendenzahl gewählt werden (manueller Modus). Es bewährt sich auch oftmals, die Zeitautomatik (Av) in Kombination mit dem Blitz zu nutzen. Kompakte Digitalkameras besitzen einen Autofokus, den Makroobjektive oft nicht bieten. Somit kann die Kamera selbsttätig auf das in das Bildfeld gebrachte Objekt fokussieren, was in vielen Fällen scharfe Fotos garantiert. Dennoch kann man ebenso nach Belieben zum manuellen Fokus wechseln, sollen ganz bestimmte Bilddetails in den Fokus gebracht werden. Kompaktdigitalkameras bieten gegenüber vielen aktuellen SLR-Modellen  einige Vorteile zur Fotografie belebter und unbelebter Objekte an schwer zugänglichen Stellen. So ist es nicht notwendig, durch den Sucher der Kamera zu schauen. Sie besitzen einen aus der Distanz beobachtbaren Monitor, auf dem ein TTL-Livebild abgebildet wird (Abb. 6). Bei einigen aktuellen Modellen ist dieser sogar schwenkbar. Dies erleichtert die Orientierung bei der Fotografie kleiner Objekte mit MagniFlash ungemein.
 
2.5.2 Systemkameras
Im Bereich der Systemkameras ist die Pentax ist DL mit dem Objektiv Pentax DA 3,5-5,6/18-55 mm in Kombination mit MagniFlash langfristig erprobt worden (Abb. 9). Das Bild zeigt Objektivbedingt eine leichte randliche Bildfeldwölbung und die 55 mm Brennweite stellen die minimal erforderliche Brennweite dar. Möchte man vignettierungsfrei fotografieren, ist eine Brennweite von mindestens 55 mm erforderlich. Treten bei Objektiven geringerer Brennweite Eckenvignettierungen auf, so kann man diese ggf. durch die digitale Bildbearbeitung entfernen. Exzellente Ergebnisse mit MagniFlash liefern auch die Produkte von Olympus (Abb. 10; hier Olympus E400) und auch analoge Spiegelreflexkameras können mit MagniFlash ausgestattet werden (Abb. 11; hier Canon EOS 30).

Abb. 9a: MagniFlash + Pentax DA 3,5-5,6/18-55 mm + Pentax ist DL	Abb. 10: MagniFlash + Olympus E400	Abb. 11: MagniFlash + Canon EOS 30

In allen Fällen aber genießt der Fotograf mit einer Spiegelreflexkamera eine größere Flexibilität bei der Blendenwahl gegenüber den kompakten Digitalkameras, was sehr fein zur Regulierung der Schärfentiefe genutzt werden kann. Weiterhin eröffnet die Nutzung des RAW-Formates bei der digitalen Bildbearbeitung neue Möglichkeiten.


3. Anwendungsgebiete

Alles in Allem ist MagniFlash in der Verbindung mit digitalen Kompaktkameras oder Systemobjektiven eine einfache und praktische Lösung, stark vergrößernde Makroaufnahmen sehr guter Qualität mobil zu ermöglichen. Weiterhin kann MagniFlash auch stationär Anwendung finden. Montiert man die Kamera an ein geeignetes Stativ mit Feintrieb, so können Sammlungsobjekte, Proben oder auch mikroskopische Präparate mit Leichtigkeit digitalisiert werden (Abb. 10). Unter diesen Umständen kann man den Blitz ebenso ausschalten und alternativ belichten, was dann natürlich längere Belichtungszeiten erfordert, für manche Objekte aber vorteilhaft ist.

Abb. 10: MagniFlash in stationärer Anwendung.

Mögliche Einsatzgebiete sind beispielsweise in der Botanik und Zoologie zu finden. MagniFlash ist in der Dokumentation von Moosen, Flechten, terrestrischen Algen, Kleintieren von wenigen Millimetern Größe, Gewässerorganismen, sowie anatomischen Details großer Organismen aller Art erprobt. Weiterhin lassen sich mit MagniFlash Gesteine, Fossilien und Mineralien fotografieren und auch dokumentarische Fotografien von Beschädigungen, Wunden und Läsionen vieler Art sind möglich. Denkbar ist beispielsweise ein Einsatz in der Dermatologie und Werkstoffprüfung. Attraktiv ist MagniFlash sicher auch für Sammler von Briefmarken, Münzen etc. Ein Einsatzgebiet, welches für Mikroskopiker und Sammler von Dauerpräparaten von Interesse sein kann, ist die Präparate-Fotografie. Sowohl Frischpräparate von größeren Objekten als auch histologische oder botanische Dauerpräparate lassen sich in ihrer Gänze dokumentieren, was mit dem Mikroskop (abgesehen vom sog. „Stitching“) nicht möglich ist. Dabei dient eine Fläche beliebiger Färbung in dem Unschärfebereich hinter dem Präparat als Hintergrund. Diese Technik ermöglicht das kreative Gestalten gestellter Makrofotografien.


4. Ergebnisse

Die Fotografien mit MagniFlash zeigen klare Farben und Konturen. Unerwünschte Blooming-Effekte etc. können nicht festgestellt werden. Abgesehen von den hervorragenden Abbilungsleistungen setzt MagniFlash die Objekte genau ins richtige Licht. Je nach Wahl des Hintergrundes können Makroobjekte mit tiefschwarzem Hintergrund "portraitiert" werden. Im Folgenden sehen Sie ausgewählte Beispielaufnahmen aus verschiedenen Bereichen.

Der Messbalken entspricht in jeder Aufnahme 2 mm.

Moose
Flechten
Blüten
Fleischfressende Pflanzen
Insekten
Eiskristalle

   

Weitere Fotogalerien mit MagniFlash-Fotografien:

            o Carnivore Pflanzen I:   Bot. Garten Essen
            o Carnivore Pflanzen II:  Fleischfresser der schottischen Küste
            o Moose, Flechten & Co: BLAM-Exkursion 2007
            o Moose, Flechten & Co: Makrofotografien aus Schottland
            o Aquatische Makroinvertebraten: Fotografie durch den Wasserfilm
            o Im Kristallwald: Makrofotografie von Eiskristallen
            o Makroaufnahmen "Natur im Fokus"


5. Fazit

MagniFlash ist durch seinen Einsatz als mobiles Dokumentationsgerät für Wissenschaftler sowie engagierte Hobbyisten von großem Interesse. Gegenüber den stationären Methoden, die hochvergrößernde Makroaufnahmen ermöglichen, muss im Falle von MagniFlash das Objekt nicht zwangsweise gesammelt und transportiert werden. Dies spielt genau dann eine Rolle, wenn die Objekte fragil, vergänglich oder auch geschützt sind. Die Konstruktion gewährleistet eine einfache Handhabung und ermöglicht auch Einsteigern schnelle und gute Ergebnisse im Bereich der Makrofotografie. Mit der Zeit wird jeder Nutzer die Vielzahl der Möglichkeiten zur Bildgestaltung mit MagniFlash erfahren und mit etwas Geschick zu Ergebnissen hoher Ästhetik gelangen können. So muss der Anspruch nicht zwangsweise dokumentarischer oder wissenschaftlicher Natur sein. Grundlage dafür ist die hohe optische Qualität der Komponenten, bei der kein Kompromiss eingegangen werden sollte.


6. Veröffentlichungen & Downloads


Hess, S. (2009): MagniFlash - Der Makrokonverter mit lichtoptischer Blitzleitung. Mikrokosmos, 98, 137-146.


Hess, S. (2009): Botanische Makrofotografie mit MagniFlash. Gärtnerisch-Botanischer Brief, 174, 69-71.
Hess, S. (2008): Carnivoren kommen groß raus - Pflanzenfotografie mit MagniFlash. Das Taublatt, 62, 5-23.