Глибоке занурення у стереомікроскопію

Загальне збільшення стереомікроскопа — це сукупна збільшувальна сила об’єктива, зум-оптики та окулярів [8] .

Об’єктив стереомікроскопа має фіксоване значення збільшення. Тоді як оптика масштабування (зум-оптика) дозволяє змінювати збільшення в межах діапазону коефіцієнта масштабування. Окуляри також мають постійне значення збільшення.

Щоб дізнатися загальне збільшення зразка, який ви спостерігаєте через окуляри, необхідно перемножити коефіцієнти збільшення об’єктива, масштабної оптики та окулярів.

Формула загального збільшення така: M TOT VIS = M O xzx M E , де:
M TOT VIS — загальне збільшення (VIS означає «візуальний»);
M O — збільшення об’єктива (1x для мікроскопа Гріна без додаткової лінзи);
z – коефіцієнт масштабування; M
E — збільшення окулярів.

Загалом, значення для MO знаходяться в межах від 0,32x до 2x, для z від 0,63x до 16x і ME від 10x до 40x.

Вплив збільшення на поле зору / поле об’єкта. Коли ви дивитеся в окуляри, Ви бачите круглу область, яка називається полем зору (FOV) [8] . Діаметр поля зору залежить від загального збільшення. Наприклад, окуляри з 10-кратним збільшенням мають номер поля 23. Номер поля означає, що при 1-кратному комбінованому збільшенні об’єктива та оптики масштабування кут зору, який спостерігається через окуляри, становить 23 мм у діаметрі.

Робоча відстань — це відстань між передньою лінзою об’єктива та верхньою частиною зразка, коли він знаходиться у фокусі. Зазвичай зі збільшенням збільшення робоча відстань об’єктива зменшується. Робоча відстань безпосередньо впливає на зручність використання стереомікроскопа, особливо для завдань перевірки, переробки та контролю якості, які потребують простору для маневрування зразка під об’єктивом.

Зв’язок між глибиною різкості, збільшенням і роздільною здатністю

Глибина різкості має зворотною кореляцією з числовою апертурою, роздільною здатністю та збільшенням [1-3] . Для найкращої візуалізації зразка правильне налаштування мікроскопа може забезпечити оптимальний баланс між глибиною різкості та роздільною здатністю. Особливо при малому збільшенні глибину різкості можна значно збільшити, зменшивши числову апертуру. Мета полягає в тому, щоб знайти оптимальний баланс роздільної здатності та глибини різкості залежно від розміру та форми елементів зразка.

Оптимальні 3D зображення з технологією FusionOptics

Удосконалений оптичний підхід для стереомікроскопів, який забезпечує одночасно високу роздільну здатність і велику глибину різкості, досягається за допомогою технології FusionOptics  [4] . Як це працює? Якщо коротко, в мікроскопі поєднується два оптичні шляхи. Один шлях забезпечує вищу роздільну здатність і меншу глибину різкості, інший шлях – забезпечує нижчу роздільну здатність і більшу глибину різкості. Людський мозок поєднує ці два окремих зображення в одне оптимальне зображення з високою роздільною здатністю та великою глибиною різкості.

Рис.1. Стереомікроскопи з технології FusionOptics: один шлях променя забезпечує велику глибину різкості (2), а інший – високу роздільну здатність (3). Мозок об’єднує два зображення в одне оптимальне 3D-зображення (4).

Ахроматичні або апохроматичні лінзи

Хроматична аберація – це вид спотворення, спричинений нездатністю лінзи сфокусувати всі кольори в одній точці конвергенції. Це відбувається тому, що лінзи мають різний показник заломлення для різних довжин хвиль світла (дисперсія лінзи). 

Сферична аберація виникає, коли світлові промені, що потрапляють на поверхню сферичної лінзи в точці, розташованій далеко від її центральної осі, заломлюються більшою чи меншою мірою, ніж ті, що потрапляють у точки, близькі до центру [5] . 

Метою хорошої оптичної конструкції є зменшення або повне усунення хроматичної та сферичної аберації. Для обмеження впливу цих проблем можна використовувати наступні класи лінз об’єктивів [9,10] :

Ахромат

• Хроматична корекція для двох довжин хвиль (червоної та зеленої), які перебувають у фокусі в одній площині.
• Добре підходить для стандартних застосувань у візуальному спектральному діапазоні, де справжнє відтворення кольорів не є важливим і в основному оцінюються геометричні характеристики.

Апохромат

• Хроматична корекція для трьох довжин хвиль (червоного, зеленого, синього), які перебувають у фокусі в одній площині.
• Для застосувань із найвищими специфікаціями у візуальному спектральному діапазоні та за його межами, у яких кольорові смуги можуть заважати, наприклад, які вимагають швидкої зміни кольору та спільної локалізації структур.

План

• Об’єктив, який не скориговано на рівність поля або планарність, показує нерівномірний фокус по всьому полю зору.
• Корекція площинності зображення корисна для багатьох додатків, особливо тих, що вимагають великих полів зору.

• Падаюче світло: використовується для непрозорих зразків. Залежно від текстури зразка та вимог до застосування доступно багато різних рішень для падаючого освітлення, щоб забезпечити належний контраст деталей зразка та цікавих функцій. 
• Прохідне світло : використовується для різних типів прозорих зразків, починаючи від біологічних, таких як клітини та модельні організми, до таких матеріалів, як полімери та скло.
• Стандартне світлопрохідне освітлення: використовується для всіх типів прозорих зразків. Воно забезпечує високу контрастність і достатню інформацію про колір.
• Косе прохідне освітлення: використовується для зразків, які майже прозорі та безбарвні. Можна досягти більшої контрастності та візуальної чіткості зразка.
• Освітлення темного поля: використовується для невеликих деталей на плоских ділянках зразка, які важко побачити в світлому полі, таких як тріщини, пори, дрібні виступи тощо на блискучих або яскравих зразках. Його також можна використовувати для виявлення зразків структур із розміром, нижчим за межу роздільної здатності.

Як правило, статура і трудові звички людей значно відрізняються. Тому висота окулярів мікроскопа може підійти не кожному користувачеві. Якщо висота огляду занадто низька, спостерігачі будуть змушені нахилятися вперед під час роботи, що призведе до напруги м’язів в області шиї [7] . Щоб компенсувати цю різницю у висоті, доцільно використовувати змінний бінокулярний тубус [7] . Leica Microsystems пропонує широкий вибір ергономічних аксесуарів, які допомагають підтримувати робочі процеси ефективними.

Читайте також: Як обрати “той самий” стереомікроскоп?

Рис. 2. Окулярні трубки ErgoTube дозволяють користувачам утримувати тіло та голову в розслабленому положенні з хорошою підтримкою рук, мати достатній простір для ніг і зручно сидіти в кріслі.

1. Р. Роттерманн, П. Бауер, Глибина різкості в мікроскопії, Наукова лабораторія (2010) Leica Microsystems.
2. М. Вілсон, Роздільна здатність мікроскопа: поняття, фактори та обчислення, Наукова лабораторія (2023) Leica Microsystems.
3. M. Wilson, Collecting Light: The Importance of Numerical Aperture in Microscopy, Science Lab (2017) Leica Microsystems.
4. D. Goeggel, A. Schué, D. Kiper, C. Müller та ін. Що таке технологія FusionOptics? Наукова лабораторія (2023) Leica Microsystems. 
5. М. Вілсон, Окуляри, об’єктиви та оптичні аберації, Наукова лабораторія (2017) Leica Microsystems.
6. J. DeRose, M. Doppler, Освітлення мікроскопів для промислового застосування, Наукова лабораторія (2023) Leica Microsystems.
7. К. Мюллер, Ергономіка мікроскопа, Наукова лабораторія (2023) Leica Microsystems.
8. J. DeRose, M. Doppler, Чітке розуміння збільшення мікроскопії, Наукова лабораторія (2023) Leica Microsystems.
9. ISO 19012-1:2013: Мікроскопи. Позначення мікроскопічних об’єктивів. Частина 1. Площинність поля/плану, Міжнародна організація стандартизації. 
10. ISO 19012-2:2013: Мікроскопи. Позначення об’єктивів мікроскопів. Частина 2. Хроматична корекція, Міжнародна організація стандартизації.