Стереомикроскоп

Стерео . , стереоскопический или препаровальный микроскоп — это вариант оптического микроскопа, предназначенный для наблюдения образца при небольшом увеличении, обычно с использованием света, отраженного от поверхности объекта, а не прошедшего через него В приборе используются два отдельных оптических пути с двумя объективами и окулярами, что обеспечивает немного разные углы обзора для левого и правого глаза. Такое расположение обеспечивает трехмерную визуализацию исследуемого образца. ^[1] Стереомикроскопия перекрывает макрофотографию для регистрации и исследования твердых образцов со сложной топографией поверхности , где для анализа деталей необходимо трехмерное изображение.

Стереомикроскоп часто используется для изучения поверхностей твердых образцов или для выполнения сложных работ, таких как препарирование , микрохирургия , изготовление часов , печатных плат изготовление или проверка , а также поверхностей излома , как во фрактографии и судебно-медицинской экспертизе . Таким образом, они широко используются в обрабатывающей промышленности для производства , проверки и контроля качества . Стереомикроскопы являются важным инструментом в энтомологии .

Стереомикроскоп не следует путать с составным микроскопом, оснащенным двойными окулярами и бинозрителем . В таком микроскопе оба глаза видят одно и то же изображение, а два окуляра обеспечивают больший комфорт просмотра. Однако изображение в таком микроскопе ничем не отличается от изображения, полученного с помощью одиночного монокулярного окуляра.

История

Первый оптически осуществимый стереомикроскоп был изобретен в 1892 году и стал коммерчески доступным в 1896 году, он производился компанией Zeiss AG в Йене, Германия. ^[2]

Американский зоолог Горацио Солтонстолл Гриноф вырос в элите Бостона, штат Массачусетс, в семье известного скульптора Горацио Гринофа-старшего . Не имея необходимости зарабатывать на жизнь, он вместо этого сделал карьеру в науке и переехал во Францию. В морской обсерватории в Конкарно на побережье Бреттона, которой руководил бывший директор Национального музея естественной истории , Жорж Пуше он находился под влиянием новых научных идеалов того времени, а именно экспериментирования. В то время как вскрытие мертвых и подготовленных образцов было главной заботой зоологов, анатомов и морфологов, во время пребывания Гриноу в Конкарно возродился интерес к экспериментам на живых и развивающихся организмах. Таким образом, ученые могли изучать эмбриональное развитие в действии, а не как серию окаменевших двумерных образцов. Чтобы получить изображения, которые бы отражали трехмерность и относительный размер развивающихся морских эмбрионов беспозвоночных, потребовался новый микроскоп. Хотя попытки создания стереомикроскопов предпринимались и раньше, например, Шерубен Орлеанский и Питер Хартинг — ни один из них не отличался оптической сложностью. Более того, вплоть до 1880-х годов ни один учёный не нуждался в микроскопе с таким низким разрешением.

Гриноф принял меры и под влиянием попыток своего коллеги из Конкарно Лорана Шабри сконструировать сложные механизмы для поворота и манипулирования живым эмбрионом, задумал свой собственный инструмент. Основываясь на недавнем открытии бинокулярности как причины восприятия глубины Чарльзом Уитстоном , Гриноф разработал свой инструмент с учетом явления стереопсиса. ^[2]

Отличия от обычных оптических микроскопов

В отличие от составного светового микроскопа , при освещении в стереомикроскопе чаще всего используется отраженное освещение, а не прошедшее (диаскопическое), то есть свет, отраженный от поверхности объекта, а не свет, прошедший через объект. Использование отраженного света от объекта позволяет исследовать образцы, которые были бы слишком толстыми или непрозрачными для сложной микроскопии. Некоторые стереомикроскопы также способны освещать проходящим светом, обычно за счет наличия лампы или зеркала под прозрачным предметным столиком под объектом, хотя, в отличие от составного микроскопа, прошедшее освещение не фокусируется через конденсатор . в большинстве систем ^[3] Стереоскопы со специально оборудованными осветителями можно использовать для темнопольной микроскопии как в отраженном, так и в проходящем свете. ^[4]

Ученый использует стереомикроскоп, оснащенный датчиком цифрового изображения и оптоволоконным освещением.

Большое рабочее расстояние и глубина резкости — важные качества для этого типа микроскопа. Оба качества обратно коррелируют с разрешением: чем выше разрешение ( т.е. чем больше расстояние, на котором две соседние точки можно различить как отдельные), тем меньше глубина резкости и рабочее расстояние. Некоторые стереомикроскопы могут обеспечить полезное увеличение до 100-кратного, что сравнимо с объективом 10-кратного увеличения и окуляром 10-кратного увеличения в обычном составном микроскопе, хотя увеличение часто намного меньше. Это примерно одна десятая полезного разрешения обычного составного оптического микроскопа.

Большое рабочее расстояние при малом увеличении полезно при исследовании крупных твердых объектов, таких как поверхности изломов, особенно с использованием оптоволоконного освещения, как описано ниже. Такими образцами также можно легко манипулировать, чтобы определить интересующие точки.

Увеличение

В стереомикроскопах есть два основных типа систем увеличения. Один тип — фиксированное увеличение, при котором основное увеличение достигается с помощью парного набора объективов с заданной степенью увеличения. Другой вариант — масштабирование или панкратическое увеличение, которое позволяет плавно изменять степень увеличения в заданном диапазоне. Системы масштабирования могут обеспечить дальнейшее увеличение за счет использования вспомогательных объективов, которые увеличивают общее увеличение на заданный коэффициент. Кроме того, общее увеличение как в фиксированной, так и в зум-системе можно изменять, меняя окуляры. ^[1]

Промежуточным между системами фиксированного увеличения и системами масштабного увеличения является система, приписываемая Галилею как « оптическая система Галилея »; здесь используется расположение выпуклых линз с фиксированным фокусом для обеспечения фиксированного увеличения, но с тем важным отличием, что одни и те же оптические компоненты на одном и том же расстоянии, если их физически перевернуть, приведут к другому, хотя и фиксированному, увеличению. Это позволяет одному набору линз обеспечивать два разных увеличения; два набора линз для обеспечения четырехкратного увеличения на одной турели; три набора линз обеспечивают шесть увеличений и по-прежнему помещаются в одну турель. Практический опыт показывает, что такие системы галилеевой оптики так же полезны, как и значительно более дорогая система масштабирования, с тем преимуществом, что используемое увеличение известно как заданное значение без необходимости считывания аналоговых шкал. (В удаленных местах надежность систем также является нетривиальным преимуществом.)

Освещение

Небольшие образцы обязательно требуют интенсивного освещения, особенно при больших увеличениях, которое обычно обеспечивается оптоволоконным источником света. В оптоволокне используются галогенные лампы , которые обеспечивают высокую светоотдачу при заданной потребляемой мощности. Лампы достаточно малы, чтобы их можно было легко разместить рядом с микроскопом, хотя им часто требуется охлаждение, чтобы снизить температуру, исходящую от колбы. Волоконно-оптический переключатель дает оператору большую свободу в выборе подходящих условий освещения для образца. Стебель заключен в оболочку, которую легко перемещать и манипулировать в любом желаемом положении. Стебель обычно не заметен, когда освещенный конец находится рядом с образцом, поэтому обычно не мешает изображению в микроскопе. При исследовании поверхностей изломов часто требуется косое освещение, чтобы выделить особенности поверхности во время фрактографии , и для этой цели идеально подходят оптоволоконные источники света. Для одного и того же образца можно использовать несколько таких световых стеблей, что еще больше увеличит освещенность.

Более поздние разработки в области освещения препаровальных микроскопов включают использование мощных светодиодов , которые гораздо более энергоэффективны, чем галогены, и способны воспроизводить спектр цветов света, что делает их полезными для флуорофорного анализа биологических образцов (что невозможно при использовании галогенный или ртутный источник света).

Цифровой дисплей

Видеокамеры встроены в некоторые стереомикроскопы, что позволяет отображать увеличенные изображения на мониторе с высоким разрешением. Большой дисплей помогает снизить утомляемость глаз, возникающую при длительном использовании обычного микроскопа.

В некоторых устройствах встроенный компьютер преобразует изображения с двух камер (по одной на окуляр) в анаглифное трехмерное изображение для просмотра в красно-голубых очках или в перекрестно-конвергентный процесс. ^{[ объяснить ]} для прозрачных очков и повышения точности цветопередачи. Результаты видны группе, носящей очки. Чаще всего двухмерное изображение отображается с одной камеры, прикрепленной к одному из окуляров.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б «Введение в стереомикроскопию» Пола Э. Нотнэгла, Уильяма Чемберса и Майкла В. Дэвидсона , Nikon MicrographyU .
^ Jump up to: ^а ^б Саймон-Стикли, Анна (2019). «Образ и воображение. Стереомикроскоп на пороге современной биологии» . Журнал NTM истории науки, технологий и медицины . 27 (2): 109–144. дои : 10.1007/s00048-019-00211-0 . ПМИД 31062033 . S2CID 146809758 .
^ «Освещение для стереомикроскопии: отраженный (эпоскопический) свет» Пола Э. Нотнэгла, Уильяма Чемберса, Томаса Дж. Феллерса и Майкла В. Дэвидсона, Nikon MicroscopeU .
^ «Освещение для стереомикроскопии: освещение темного поля» Уильяма Чемберса, Томаса Дж. Феллерса и Майкла В. Дэвидсона, Nikon MicroscopeU .

[nikonstereo1-1] Jump up to: ^а ^б «Введение в стереомикроскопию» Пола Э. Нотнэгла, Уильяма Чемберса и Майкла В. Дэвидсона , Nikon MicrographyU .

[AutoOM-1-2] Jump up to: ^а ^б Саймон-Стикли, Анна (2019). «Образ и воображение. Стереомикроскоп на пороге современной биологии» . Журнал NTM истории науки, технологий и медицины . 27 (2): 109–144. дои : 10.1007/s00048-019-00211-0 . ПМИД 31062033 . S2CID 146809758 .

[nikonstereo2-3] «Освещение для стереомикроскопии: отраженный (эпоскопический) свет» Пола Э. Нотнэгла, Уильяма Чемберса, Томаса Дж. Феллерса и Майкла В. Дэвидсона, Nikon MicroscopeU .

[nikonstereo3-4] «Освещение для стереомикроскопии: освещение темного поля» Уильяма Чемберса, Томаса Дж. Феллерса и Майкла В. Дэвидсона, Nikon MicroscopeU .

[1]

[2]

[3]

[4]