Глубокое погружение в стереомикроскопию

Общее увеличение стереомикроскопа — это совокупная увеличивающая способность объектива, зум-оптики и окуляров [8]. 

Объектив стереомикроскопа имеет фиксированное значение увеличения. В то время как оптика масштабирования (зум-оптика) позволяет изменять увеличение в пределах диапазона коэффициента масштабирования.  Окуляры также имеют постоянное значение увеличения. 

Чтобы узнать общее увеличение образца, который вы наблюдаете через окуляры, необходимо перемножить коэффициенты увеличения объектива, масштабной оптики и окуляров. 

Формула общего увеличения такова:  M TOT VIS = M O xzx M E , где: 

M TOT VIS — общее увеличение (VIS означает «визуальный»);

M O — увеличение объектива (1x для микроскопа Грина без дополнительной линзы);

z –  коэффициент масштабирования;

M E — увеличение окуляров.

В целом, значения для M O находятся в пределах от 0,32x до 2x, для z от 0,63x до 16x и M E   от 10x до 40x. 

Влияние увеличения на поле зрения / поле объекта. Когда вы смотрите в окуляры, вы видите круглую область, которая называется полем зрения (FOV) [8]. Диаметр поля зрения зависит от общего увеличения. Например, окуляры с 10-кратным увеличением имеют номер поля 23. Номер поля означает, что при 1-кратном комбинированном увеличении объектива и оптики масштабирования угол зрения, который наблюдается через окуляры, составляет 23 мм в диаметре. 

Рабочее расстояние — это расстояние между передней линзой объектива и верхней частью образца, когда он находится в фокусе. Обычно с увеличением увеличения рабочее расстояние объектива уменьшается. Рабочее расстояние напрямую влияет на удобство использования стереомикроскопа, особенно для задач проверки, переработки и контроля качества, которые требуют пространства для маневрирования образца под объективом.

Связь между глубиной резкости, увеличением и разрешающей способностью 

Глубина резкости имеет обратную корреляцию с числовой апертурой, разрешающей способностью и увеличением [1-3]. Для наилучшей визуализации образца правильная настройка микроскопа может обеспечить оптимальный баланс между глубиной резкости и разрешающей способностью. Особенно при малом увеличении глубину резкости можно значительно увеличить, уменьшив числовую апертуру. Цель состоит в том, чтобы найти оптимальный баланс разрешающей способности и глубины резкости в зависимости от размера и формы элементов образца. 

Оптимальные 3D изображения с технологией FusionOptics

Усовершенствованный оптический подход для стереомикроскопов, который обеспечивает одновременно высокую разрешающую способность и большую глубину резкости, достигается с помощью технологии FusionOptics [4]. Как это работает? Если кратко, в микроскопе сочетаются два оптических пути. Один путь обеспечивает выше разрешающую способность и меньшую глубину резкости, другой путь — обеспечивает ниже разрешающую способность и большую глубину резкости. Человеческий мозг объединяет эти два отдельных изображения в одно оптимальное изображение с высокой разрешающей способностью и большой глубиной резкости.

Рис.1. Стереомикроскопы с технологией FusionOptics: один путь луча обеспечивает большую глубину резкости (2), а другой – высокую разрешающую способность (3). Мозг объединяет два изображения в одно оптимальное 3D-изображение (4).

Ахроматические или апохроматические линзы 

Хроматическая аберрация — это вид искажения, вызванный неспособностью линзы сфокусировать все цвета в одной точке схождения. Это происходит потому, что линзы имеют разный показатель преломления для разных длин волн света (дисперсия линзы). 

Сферическая аберрация возникает, когда световые лучи, попадающие на поверхность сферической линзы в точке, расположенной далеко от ее центральной оси, преломляются в большей или меньшей степени, чем те, что попадают в точки, близкие к центру [5]. 

Целью хорошей оптической конструкции является уменьшение или полное устранение хроматической и сферической аберрации. Для ограничения влияния этих проблем можно использовать следующие классы линз объективов [9,10]: 

Ахромат 

• Хроматическая коррекция для двух длин волн (красной и зеленой), которые находятся в фокусе в одной плоскости. 
• Хорошо подходит для стандартных применений в визуальном спектральном диапазоне, где истинное воспроизведение цветов не является важным и в основном оцениваются геометрические характеристики. 

Апохромат 

• Хроматическая коррекция для трех длин волн (красного, зеленого, синего), которые находятся в фокусе в одной плоскости. 
• Для применений с наивысшими спецификациями в визуальном спектральном диапазоне и за его пределами, в которых цветные полосы могут мешать, например, требующих быстрой смены цвета и совместной локализации структур. 

План 

• Объектив, который не скорректирован на равномерность поля или планарность, показывает неравномерный фокус по всему полю зрения. 
• Коррекция плоскостности изображения полезна для многих приложений, особенно тех, что требуют больших полей зрения.

• Падающий свет: используется для непрозрачных образцов. В зависимости от текстуры образца и требований к применению доступно множество различных решений для падающего освещения, чтобы обеспечить должный контраст деталей образца и интересных функций. 
• Проходящий свет: используется для различных типов прозрачных образцов, начиная от биологических, таких как клетки и модельные организмы, до таких материалов, как полимеры и стекло. 
• Стандартное светопропускающее освещение: используется для всех типов прозрачных образцов. Оно обеспечивает высокую контрастность и достаточную информацию о цвете. 
• Косое проходящее освещение: используется для образцов, которые почти прозрачны и бесцветны. Можно достичь большей контрастности и визуальной четкости образца. 
• Освещение темного поля: используется для мелких деталей на плоских участках образца, которые трудно увидеть в светлом поле, таких как трещины, поры, мелкие выступы и т. д. на блестящих или ярких образцах. Его также можно использовать для обнаружения образцов структур с размером, ниже предела разрешающей способности.

Как правило,телосложение и трудовые привычки людей значительно различаются. Поэтому высота окуляров микроскопа может не подойти каждому пользователю. Если высота обзора слишком низкая, наблюдатели будут вынуждены наклоняться вперёд во время работы, что приведет к напряжению мышц в области шеи [7]. Чтобы компенсировать эту разницу в высоте, целесообразно использовать переменный бинокулярный тубус [7]. Leica Microsystems предлагает широкий выбор эргономичных аксессуаров, которые помогают поддерживать рабочие процессы эффективными.

Читайте также: Как выбрать “тот самый” микроскоп?

Рис. 2. Окулярные трубки ErgoTube позволяют пользователям поддерживать тело и голову в расслабленном положении с хорошей поддержкой рук, иметь достаточно места для ног и удобно сидеть на стуле.

1. Р. Роттерманн, П. Бауер, Глубина резкости в микроскопии, Научная лаборатория (2010) Leica Microsystems.
2. М. Вілсон, Разрешающая способность микроскопа: понятие, факторы и расчет, Научная лаборатория (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. Что такое технология FusionOptics? Научная лаборатория (2023) Leica Microsystems. 
5. М. Вілсон, Окуляры, объективы и оптические аберрации, Научная лаборатория (2017) Leica Microsystems.
6. J. DeRose, M. Doppler, Освещение микроскопов для промышленного применения, Научная лаборатория (2023) Leica Microsystems.
7. К. Мюллер, Эргономика микроскопа, Научная лаборатория (2023) Leica Microsystems.
8. J. DeRose, M. Doppler, Четкое понимание увеличения микроскопии, Научная лаборатория (2023) Leica Microsystems.
9. ISO 19012-1:2013: Микроскопы. Обозначения микроскопических объективов. Часть 1. Плоскостность поля/плана, Международная организация стандартизации. 
10. ISO 19012-2:2013: Микроскопы. Обозначения объективов микроскопов. Часть 2. Хроматическая коррекция, Международная организация стандартизации.