选择体视显微镜时要考虑的因素

2018-07-18 14:16:14 Pooher Inc. 391

选择体视显微镜时要考虑的因素

体视显微镜通常被称为实验室或生产部门的主力。用户花费了大量时间进行目测检查,观察,记录或解剖样本。选择立体显微镜时需要考虑哪些因素?答案是:“这取决于”。这是为什么?因为它取决于应用程序,取决于用户想要实现的任务。基本上,立体显微镜是用于在三维中放大三维物体的工具。与复合显微镜不同,立体显微镜能够应对这一任务。

格里诺和Cycloptic ®原则

过去的双目显微镜具有简单的透镜系统和与传统复合显微镜相同的设计。这些解剖显微镜,因为它们是众所周知的,主要用于生物学解剖目的; 当时没有技术申请。大约在1890年,美国生物学家和动物学家Horatio S. Greenough介绍了一种设计原则,目前所有主要的光学仪器制造商仍在使用该原理。基于“格里诺原理”的立体显微镜可提供高质量的真实立体图像。

1957年,美国光学公司引进现代立体显微镜的设计与共享的主要目标,并把它命名为Cycloptic ®。其现代铝制外壳包含两个平行光束路径和主要物镜,以及一个五步放大倍率变换器。这种基于望远镜或CMO(共同主要目标)原理的立体显微镜类型被所有制造商采用除Greenough类型之外,并用于模块化,高性能仪器。两年后,另一家美国公司,博士伦,展示了其StereoZoom ®格里诺设计与突破性创新:无级变倍(变焦)。今天几乎所有的设计都基于变焦系统。

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1(左):Cycloptic®,第一台基于望远镜原理的现代立体显微镜。图2a,b(右):两种基本的立体显微镜原理。a:望远镜或CMO原理b:格里诺原理。

过去的双目显微镜具有简单的透镜系统和与传统复合显微镜相同的设计。这些解剖显微镜,因为它们是众所周知的,主要用于生物学解剖目的; 当时没有技术申请。大约在1890年,美国生物学家和动物学家Horatio S. Greenough介绍了一种设计原则,目前所有主要的光学仪器制造商仍在使用该原理。基于“格里诺原理”的立体显微镜可提供高质量的真实立体图像。

1957年,美国光学公司引进现代立体设计与共享的主要目标,并把它命名为Cycloptic ®。其现代铝制外壳包含两个平行光束路径和主要物镜,以及一个五步放大倍率变换器。这种基于望远镜或CMO(共同主要目标)原理的立体显微镜类型被所有制造商采用除格里诺类型之外,并用于模块化,高性能仪器。两年后,另一家美国公司,博士伦,展示了其StereoZoom ®格里诺设计与突破性创新:无级变倍(变焦)。今天几乎所有的设计都基于变焦系统。

选择立体显微镜的标准

立体显微镜仍然基于上述技术方法 - 格里诺或CMO原理 - 今天。还需要考虑哪些其他因素?需要仔细评估四件事:

a)申请是什么?
b)需要观察,记录或可视化哪些结构?
c)有多少人在使用显微镜?
d)解决方案的可用预算是多少?

一旦知道上述因素,就可以归结为以下标准

1.放大倍率,变焦范围和物场
2.景深和数值孔径
3.光学质量和工作距离
4.人体工程学
5.照明

放大,缩放范围和对象字段

立体显微镜的总放大倍数是放大倍率变换器,物镜和目镜的组合放大倍数。

放大倍率变换器或变焦体

像放大镜一样,放大倍率变换器由光学镜头组成,可用于改变仪器的放大倍率。改变放大倍率变换器的位置会改变图像被放大的程度。放大图像的程度称为放大系数。现代立体显微镜能够提供高达16倍的放大倍率(仅限变焦体),具有20.5:1的变焦范围,并具有电动或编码功能,可实现可靠的测量。

接下来,图像被目镜进一步放大。为了找出他或她在目镜中观察的物体的放大率,用户必须将放大倍率变换器和目镜的放大倍数相乘。

然而,为了完整起见,这里是公式:

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TOT VIS是我们想要计算的总放大倍数。VIS代表“视觉”。
z是放大倍率变换器的水平。
E 是目镜的放大倍数。
O 是主要物镜的放大倍数(如果在Greenough系统中没有使用辅助镜头,则为1倍)

对象字段

当从适当的距离观察目镜并正确设置瞳距时,可以看到称为物场的圆形区域。物场的直径根据放大率而变化。换句话说,物体场的放大率和直径之间存在数学关系。具有10倍放大率的目镜提供23的场数。这意味着在变焦体的1倍放大率和主要物镜处,物场的尺寸为23mm。在3倍放大率下,物场减小到三分之一,即物场的直径仅为7.66mm。

景深和数值孔径

在显微镜中,景深通常被视为经验参数。在实践中,它由数值孔径,分辨率和放大率之间的相关性确定。为了获得最佳的视觉印象,现代显微镜的调整设备在景深和分辨率之间产生了最佳平衡 - 理论上两个参数是反相关的。

视觉景深的实用价值
第一本关于明显具有景深的主题的出版物的作者是Max Berek,早在1927年就发表了他的大量实验结果.Berek的公式给出了视觉景深的实用价值。因此今天仍在使用。

简化形式如下:

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VIS   视觉上经历的景深
n:   物体所处的介质的折射率。如果移动物体,则在等式中输入形成改变工作距离的介质的折射率。
λ:   所用光的波长,白光,λ=0.55μmNA 
   物体侧面的数值孔径
TOT VIS   显微镜的总视觉放大倍数

如果在上面的等式中,总视觉放大率被有用放大率的关系(TOT VIS = 500到1,000×NA)代替,可以看出,对于第一近似,景深与平方成反比。数值孔径。

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3:作为NA的函数的景深,λ= 0.55mm,n = 1。


特别是在低放大率下,通过停止,即减小数值孔径,可以显着增加景深。这通常通过孔径光阑或共轭平面上的光阑来完成。但是,数值孔径越小,横向分辨率越低。

因此,取决于物体的结构,找到分辨率和景深的最佳平衡。在立体显微镜的情况下,通常需要做出一定的折衷以支持更高的景深,因为三维结构的z维度经常需要它。

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4:Greenough立体显微镜的物平面,具有景深范围。

更加深度的领域--FusionOptics TM

FusionOptics™是一种复杂的光学方法,可以消除立体显微镜中分辨率和景深之间的相关性。这里,其中一个光路为观察者的一只眼睛提供高分辨率和低景深的图像。通过第二光路,另一只眼睛看到具有低分辨率和高景深的相同物体的图像。人脑将两个独立的图像组合成一个具有高分辨率和高景深的最佳整体图像。

另一个说明人脑显着能力的例子是Greenough立体显微镜。这里,左光路和右光路的物平面彼此成小角度。在整个图像中,整个阴影区域看起来是清晰聚焦的,尽管在左图像或右图像中都不是这种情况。

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5:具有20.5:1变焦范围的现代立体显微镜,具有APO校正光学系统和FusionOptics™。

光学质量

立体显微镜的光学质量通常列为Achro或Achromat(消色差),Apo(复消色差)用于球面和色差的最高校正度。场曲率校正缩写为Plan,而PlanApo则指定色差和场曲校正的组合。


什么是色差?

在诸如立体显微镜的光学仪器中,色差是一种失真,其中镜头无法将所有颜色聚焦到相同的会聚点。之所以发生这种情况是因为透镜对于不同波长的光(透镜的色散)具有不同的折射率。折射率随着波长的增加而减小。良好的光学设计的目的是完全减少或消除这种影响。

消色差透镜或消色差透镜旨在限制色差和球差的影响。消色差透镜经过校正,可将两个波长(通常为红色和蓝色)聚焦在同一平面内。这些类型的镜头或显微镜用于不必要进行色彩再现并且主要评估几何特征的任务。另一方面,Apo彩色透镜设计用于校正三个波长(红色,绿色和蓝色)并使它们在同一平面内聚焦。

工作距离

这是当样品聚焦时物镜前透镜和样品顶部之间的距离。在大多数情况下,物镜的工作距离随着放大率的增加而减小。在立体显微镜中,工作距离是最重要的标准之一,因为它直接影响显微镜作为工具的可用性。

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6:Ergo管 - 轻松的身体和头部,舒适的手臂支撑,足够的腿部空间,良好的椅子使用。

人体工程学 - 人与人非常不同

有高大和矮小的人,这使得仪器要求成为个人问题。例如,配备用于具有附件并具有特定工作距离的特定任务的显微镜的现有高度可能非常不适合特定用户。如果观察高度太低,观察者将在工作时被迫向前弯曲,导致颈部区域的肌肉紧张。因此,理想情况下,显微镜的观察高度和视角应该可根据使用者的构造进行调节。此外,可变的观察高度是防止完全久坐姿势的最佳方式。它允许观察者采取个人坐姿并根据不时转移的自然冲动周期性地改变它。确实,椅子的高度可以改变,以便放松,略微弯曲的姿势代替以前的刚性直立姿势,但这不是最好的方法。使用可变双目镜筒以补偿高度差更简单,更舒适。

由于采用模块化产品方法,具有CMO设计的立体显微镜提供了许多根据用户尺寸或工作习惯定制仪器的方法,因此是首选解决方案。

照明

在立体显微镜中,照明是将所有工作都发挥出来的关键。通过改变光的类型,正确的照明将允许可视化所需的结构或者可能发现关于样品的新信息。重要的是,照明与正确的显微镜和正确的应用正确匹配。

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7:现代立体显微镜照明系统基于持久的LED,并提供将解决方案集成到整个显微镜系统的独特方式。高度集成的环形灯和应用的偏振器,以减少样品上的眩光。

在立体显微镜中,照明是将所有工作都发挥出来的关键。通过改变光的类型,正确的照明将允许可视化所需的结构或者可能发现关于样品的新信息。重要的是,照明与正确的显微镜和正确的应用正确匹配。

照明类型

l入射
入射光主要用于非透明样品。传递这种光(环形光,斑点等)的方法取决于样品的质地和应用要求。各种不透明样品都需要入射光。根据样本的纹理和结果的目标,可以选择不拘一格的入射照明解决方案。 

l透射光
透射光适用于从生物样品如模式生物到聚合物的各种透明样品。

l标准透射明场照明
标准透射明场照明用于所有类型的具有高对比度和足够颜色信息的透明样品。

l倾斜透射照明
这种照明技术用于几乎透明和无色的样品。由于照明的倾斜位置,可以实现样本的更大对比度和视觉清晰度。

l暗视野照明
立体显微镜中的视野观察需要一个专门的支架,其中包含一个反射镜和遮光板,以倾斜的角度将倒置的空心锥形照射朝向试样。暗视场照明的主要元素对于立体显微镜和更常规的复合显微镜是相同的,这些显微镜通常配备有复杂的多透镜聚光器系统或具有专用内部反射镜的聚光器,所述内部反射镜包含以特定几何形状取向的反射表面。

l透明,透明样品的对比方法
Rottermann Contrast™是一种局部照明技术,可显示折射率随亮度变化的变化。然后,相位结构通常表现为空间的浮雕型图像,如正浮雕对比度的山丘和倒置浮雕对比度中的凹痕。该技术提供了许多变量视图,用于提取最大可能的信息量。

结论

仔细评估立体显微镜的应用要求是持久满足用户的关键因素。由于它是实验室或生产部门的主力,决策者需要确保他们能够100%地根据用户要求定制仪器。这需要一个能够应对这种苛刻要求的显微镜解决方案提供商。

 


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