Что нужно учитывать при выборе стереомикроскопа?
Выбор стереомикроскопа обуславливается задачами или применениями, которые необходимы пользователю. В первую очередь, микроскоп это инструмент для увеличения трехмерных объектов в трёхмерных пространствах. В отличие от составного микроскопа, стереомикроскоп способен решить эту задачу.
Принципы Greenough и Cycloptic®
Старые бинокулярные микроскопы обладали простой системы линз и той же конструкцией, что и традиционные составные микроскопы. Тогда, микроскопы использовались по большей части в биологии для препарирования. Других технических применений для них тогда не существовало. В 1890 году, американский биолог и зоолог Horatio S. Greenough создал новый принцип конструкции, который используется по сей день всеми крупными производителями оптических инструментов. Микроскопы, использующие принцип Greenough, обеспечивают стереоскопические изображения высочайшего качества.
Для подробного ознакомления со стереомикроскопами основных мировых производителей оптических систем и сопутствующего оборудования посетите наш каталог или свяжитесь с нашими специалистами и получите полную профессиональную консультацию по любым, имеющимся у Вас, вопросам.
В 1957 году, американская компания создала современный дизайн стереомикроскопа с общим главным объективом и назвала его Cycloptic®. В нем использовались два параллельных световых пути, основной объектив и 5-ступенчатое изменение увеличения. Данный тип микроскопа, основанный на принципе CMO, использовался вместе с типом Greenough, всеми производителями для создания модульных, высоко эффективных инструментов. Два года спустя, другая американская компания Bausch & Lomb создала новый дизайн StereoZoom® Greenough, имеющий значительную инновацию: бесступенчатое изменение увеличения (zoom). Практически все современные конструкции основываются на этой системе.
Критерии выбора стереомикроскопа
На сегодняшний день, стереомикроскопы основываются на вышеупомянутых принципах Greenough или CMO. Какие другие факторы необходимо учитывать? Следующие четыре вещи должны быть тщательно проработаны:
- Для чего нужен стереомикроскоп?
- Какие структуры необходимо наблюдать, документировать или визуализировать?
- Сколько человек будут пользоваться стереомикроскопом?
- Доступный бюджет
После того, как данные факторы определены, необходимо уточнить оставшиеся:
- Увеличение, диапазон zoom и объектное поле
- Глубина резкости и числовая апертура
- Качество оптики и рабочее расстояние
- Эргономика
- Освещение
Увеличение, диапазон zoom и объектное поле
Общим увеличением стереомикроскопов является комбинация увеличения регулятора увеличений, объектива и окуляров.
Регулятор увеличения или блок zoom
Как и увеличительное стекло, регулятор увеличения состоит из оптических линз, меняющих увеличение инструмента. Изменение позиции на регуляторе увеличения меняет степень увеличения изображения. Степень увеличения изображения называется кратностью увеличения. Современные микроскопы способны обеспечивать 16x увеличение (только блок zoom) с 20.5:1 диапазоном zoom и обладают моторизованными или программируемыми элементами для получения надежных измерений.
Дальше, изображение увеличивается с помощью окуляров. Для измерения уровня увеличения объекта при наблюдении через окуляры, пользователь должен умножить кратность увеличения регулятора увеличений на кратность увеличения окуляров. Формула:
Объектное поле
При наблюдении через окуляры с соблюдением корректной дистанции и настроенным межзрачковым расстоянием, пользователь видит круглую область, называемую объектным полем. Диаметр объектного поля изменяется в зависимости от увеличения. Другими словами, существует математическое отношение между увеличением и диаметром объектного поля. Окуляры с 10 кратным увеличением обеспечивают видимое поле изображения (F.N) 23. На 1x увеличении, диаметр объектного поля составляет 23 миллиметра. На 3x увеличении, диаметр объектного поля сократится до трети, составляя 7. 66 миллиметров.
Глубина резкости и числовая апертура
В микроскопии, глубина резкости часто считается эмпирическим параметром. На практике, она определяется соотношением числовой апертуры, разрешения и увеличения. Для наилучшей визуализации, системы настройки современных микроскопов определяют оптимальный баланс между глубиной резкости и разрешением.
Практические показатели видимой глубины резкости
Автором первой публикации на тему видимой глубины резкости был Max Berek, опубликовавший результаты своих экспериментов в 1927 году. Его формула позволяет определить практические показатели видимой глубины резкости и, поэтому, используется и по сей день. Упрощенная формула:
На малых увлечениях, можно значительно повысить глубину резкости, снизив в числовую апертуру. Однако, чем ниже числовая апертура, тем ниже конечное разрешение.
Таким образом, главным является определение оптимального баланса разрешения и глубины резкости, в зависимости от структуры объекта. В случае использования микроскопов, частой необходимостью является компромисс в пользу более высокой глубины резкости.
Увеличенная глубина резкости – FusionOptics
Новым техническим подходом, который отменяет соотношение разрешения и глубины резкости в стереомикроскопах является оптика FusionOptics. Данная оптическая система использует один из световых путей для предоставления глазу наблюдателя изображения с высоким разрешением и низкой глубиной резкости. Второй световой путь предоставляет глазу наблюдателя изображение того же объекта с малым разрешением и высокой глубиной резкости. Человеческий мозг объединяет два раздельных изображения в одно оптимальное, обладающее высоким разрешением и высокой глубиной резкости.
Другим примером, иллюстрирующим феноменальные возможности человеческого мозга, является микроскоп по схеме Greenough. Здесь, левый и правый световые пути находятся под небольшими углами. На окончательном изображении, вся область отображается точно сфокусированной.
Качество оптики
Качественная оптика для микроскопа обычно подразумевает под собой ахроматические или апохроматические объективы с высокой степенью коррекции сферических и хроматических аберраций. Объективы Plan используются для коррекции кривизны поля. Объективы PlanApo используются для коррекции хроматических аберраций и кривизны поля.
Что такое хроматическая аберрация?
Хроматическая аберрация — разновидность аберраций оптических систем, обусловленная различием показателя преломления прозрачных сред от длины волны проходящего излучения. Из-за паразитной дисперсии фокусные расстояния для света разных цветов не совпадают. Кроме этого, к хроматическим аберрациям можно отнести хроматические разности геометрических аберраций. Хроматическая аберрация ведёт к снижению чёткости изображения, а иногда также и к появлению на нём цветных контуров, полос, пятен, которые у предмета отсутствуют.
Ахроматические линзы разработаны для уменьшения эффектов хроматических и сферических аберраций. Ахромат - объектив, в котором исправлена хроматическая аберрация для двух цветов и частично — сферическая аберрация. Ахроматическая линза представляет собой сложную линзу, состоящую из рассеивающей и собирающей линз. Линзы ахромата выполняются из неодинаковых по дисперсии света сортов оптического стекла. Положительная изготавливается из стекла с большим, а отрицательная — из стекла с меньшим коэффициентом средней дисперсии. Линзы подбираются так, что для каких-либо двух длин волн света полностью, а для остальных значительно, устранён хроматизм положения. Апохроматические линзы позволяет полностью устранить хроматизм для 3 длин волн света.
Рабочее расстояние
Рабочим расстоянием является дистанция между фронтальной линзой объектива и поверхностью образца при нахождении образца в фокусе. В большинстве случаев, рабочее расстояние объектива снижается по мере роста увеличения. В стереомикроскопии, рабочее расстояние является одним из важнейших критериев, поскольку напрямую влияет на функционал микроскопа.
Эргономика. Каждому свое
Люди бывают высокими и низкими, и этот факт предъявляет особые требования к оптическому инструменту. К примеру, текущая высота микроскопа, оснащенного специальными аксессуарами для конкретной задачи и с настроенным рабочим расстоянием, может полностью не подходить под определенного пользователя. Если высота окуляров слишком мала, то пользователь будет вынужден нагибаться при работе, что приведет к мышечному напряжению в области шеи. Поэтому, высота и угол наклона окуляров должны иметь функции настройки под пользователя. Изменяемая настройка высоты окуляров позволяет пользователю адаптировать свое положение за микроскопом. Заметим, что возможно также изменение высоты кресла для принятия комфортной позиции, однако, это не является наилучшим подходом. Гораздо проще использовать настраиваемый бинокулярный тубус для компенсации разницы в высоте.
Благодаря модульной конструкции, микроскопы CMO предлагают множество возможностей настройки под размеры или рабочие привычки пользователя.
Освещение
Одним из ключевых факторов в стерео микроскопии является освещение. Просто меняя тип освещения, может быть получена совершенно новая информация об образце. Очень важно правильно подобрать освещение под микроскоп и конкретное применение.
Типы освещения
Падающее освещение
Падающий свет используется в основном для непрозрачных образцов. Методы подачи данного света (кольца, пятна) зависят от текстуры образца и условий применения. Падающий свет необходим для всех типов непрозрачных образцов.
Проходящее освещение
Проходящий свет применяется при исследовании различных видов прозрачных образцов.
Проходящий свет, метод светлого поля
Метод светлого поля используется при исследовании прозрачных образцов с высокой контрастностью.
Косое проходящей освещения
Данная техника используется для исследования практически прозрачных и не имеющих цвета образцов. Благодаря наклонной позиции освещения, может быть достигнута более высокая контрастность и визуальная четкость образца.
Темное поле
Использование метода темного поля в стереомикроскопии требует специализированного штатива, содержащего зеркала и устройства перенаправления света на образец под косыми углами. Основные элементы темнопольного освещения одинаковы и для стереомикроскопов и для более традиционных составных микроскопов, которые часто оборудованы сложными многолинзовыми конденсорными системами или конденсорами со специальными внутренними зеркалами.
Метод контраста для прозрачных образцов
Rottermann Contrast является методом освещения, отображающим изменения рефракционного индекса с помощью изменений в яркости.
Заключение
Правильный подбор стереомикроскопа под определенное применение является ключевым фактором удовлетворения пользователя. Поскольку микроскоп является рабочей лошадкой в каждой лаборатории или в производственном отделе, людям, принимающим решение о приобретении, необходимо быть уверенными на 100 процентов, что его можно адаптировать под любого пользователя.