Схема устройства микроскопа: Устройство микроскопа и принцип его работы

Содержание

Устройство микроскопа и принцип его работы

На рынке представлено много моделей разных микроскопов: от простейших школьных до сложных лабораторных инструментов с тонкими настройками, предназначенными для профессионалов. Перед покупкой микроскопа важно определиться с тем, какие наблюдения вы будете на нём проводить. В зависимости от поставленной задачи (любительской или научной) вы можете приобрести ту модель, которая устроит вас и по качеству, и по цене.

В чём заключаются главные задачи микроскопа?

Независимо от того, как сконструировано строение микроскопа, существует несколько основных характеристик и понятий, общих для каждого инструмента:

  • апертура;
  • уровень оптического разрешения;
  • источники света.

Одна из главных задач микроскопа — построение чёткого и максимально крупного изображения наблюдаемого объекта. Апертура — это диаметр (или размер) увеличивающей линзы или системы линз, которые поставлены в тот или иной микроскоп. Чем больше величина апертуры, тем выше сила преломления объективом световых лучей и больше их количество, попадающее в поле наблюдения.

Второй, не менее важный параметр — способность оптики к разрешению. То, насколько качественно будет работать оптическая схема микроскопа, напрямую зависит от того, насколько точно изготовлены и «подогнаны» линзы. Также на качество разрешения влияет световая дисперсия, обеспечивающая разложение белого света на спектр радуги.

Третья характеристика — это источник света. Самый простой световой источник — зеркало, которое можно увидеть, рассмотрев простейший школьный микроскоп. Поворачивая зеркальце под разными углами, наблюдатель добивается различной степени освещения объекта. Микроскопы, имеющие более сложную конструкцию, оснащены лампами различной яркости и мощности.

Какими бывают микроскопы?

Различают три основных вида инструментов, имеющих различные задачи:

Биологический микроскоп: знакомая «классика жанра»

Биологические микроскопы бывают световыми, с простейшей линзовой парой, увеличивающей изображения маленького объекта. Именно в них чаще всего можно встретить зеркальце, которое нужно поворачивать вручную. Например, все школьные биологические микроскопы построены по этому простейшему оптическому принципу. Более сложные модели оснащены несколькими подсветками и тонкими ирисовыми диафрагмами.

Стереоскопические микроскопы для мастеров

Стереоскопические микроскопы чаще применяют для инструментальных работ: в ювелирном деле, при пайке и в часовых мастерских. Такие инструменты всегда имеют два объектива и два окуляра, благодаря которым удаётся построить трёхмерное объёмное изображение.

Цифровые микроскопы: удобство, функциональность, качество

Цифровые микроскопы можно использовать в разных сферах деятельности человека. От классических оптических инструментов они отличаются отсутствием окуляров, в которые можно смотреть. При этом, цифровой микроскоп оснащён высокочувствительной камерой с КМОП или ПЗС-сенсорным устройством. Это позволяет выводить изображение на экран компьютера или же на экран, встроенный в систему самого микроскопа. С помощью цифровых микроскопов можно устраивать групповые показы результатов разных исследований — так, чтобы группа людей имела возможность одновременно видеть изображение, без необходимости смотреть в окуляр по очереди.

Устройство микроскопа

Как устроен микроскоп? В качестве примера можно рассмотреть строение светового микроскопа. Он состоит из таких частей:

  • окуляра;
  • станины;
  • осветителя;
  • предметного столика;
  • держателя («револьвера») для объективов;
  • самих объективов;
  • конденсора;
  • диафрагмы.

В окуляр наблюдатель смотрит на объект. В зависимости от конструкции, любой микроскоп может быть монокулярным или бинокулярным (с двумя окулярами, как у бинокля). В комплектации к «продвинутым» школьным микроскопам предусмотрено несколько съёмных окуляров, которые можно менять, наблюдая за препаратом с различной степенью увеличения.

Станина (или основание) — это своего рода штатив, на котором крепится всё устройство микроскопа. От её устойчивости и массы зависит качество наблюдений.

В роли осветителей могут выступать зеркальце или лампы, предназначенные для верхней либо нижней подсветки. Простейший осветитель в виде зеркальца располагается под предметным столиком микроскопа.

Задача округлого «револьвера» — фиксировать объективы инструмента и, при необходимости, поворачивать их в нужном направлении, изменяя степень увеличения и освещения. Лабораторные биологические микроскопы могут иметь в «револьверах» три и более объектива.

Предметный столик находится между объективом (объективами) микроскопа и осветителем. На него помещают стёклышко с готовым лабораторным препаратом. Стекло фиксируют специальными зажимами.

Конденсор и диафрагма — устройства, которые есть в микроскопах более сложных моделей. С помощью диафрагмы (как и в фотоаппарате) наблюдатель изменяет и регулирует интенсивность освещения, которое поступает к объекту. Конденсор представляет собой специальную систему линз, с помощью которой можно управлять размером и фокусировкой пучка света, проходящего через объект.

Перед покупкой микроскопа следует изучить, как устроен простой инструмент и познакомиться с ним поближе, чтобы знать, какой микроскоп подходит именно для ваших целей.

 

Устройство микроскопа, строение микроскопа

В микроскопе различают механическую и оптическую части. Механическая часть представлена штативом (состоящим из основания и тубусодержателя) и укрепленным на нем тубусом с револьвером для крепления и смены объективов. К механической части относятся также: предметный столик для препарата, приспособления для крепления конденсора и светофильтров, встроенные в штатив механизмы для грубого (макромеханизм, макровинт) и тонкого (микромеханизм, микровинт) перемещения предметного столика или тубусодержателя.

Оптическая часть представлена объективами, окулярами и осветительной системой, которая в свою очередь состоит из расположенных под предметным столиком конденсора Аббе и встроенного осветителя с низковольтной лампой накаливания и трансформатором. Объективы ввинчиваются в револьвер, а соответствующий окуляр, через который наблюдают изображение, устанавливают с противоположной стороны тубуса.

Рисунок 1. Устройство микроскопа

К механической части относится штатив, состоящий из основания и тубусодержателя. Основание служит опорой микроскопа и несет всю конструкцию штатива. В основании микроскопа находится также гнездо для зеркала или встроенный осветитель.

Тубусодержатель служит для крепления тубуса микроскопа — встроенные в штатив механизмы для грубого (макромеханизм, макровинт) и тонкого(микромеханизм, микровинт) вертикального перемещения предметного столика или тубусодержателя

  • кронштейн для крепления предметного столика;
  • предметный столик, служащий для размещения препаратов и горизонтальногоих перемещения;
  • узел для крепления и вертикального светофильтров.

В большинстве современных микроскопов фокусировка осуществляется путем вертикального перемещения предметного столика с помощью макро- и микромеханизма при неподвижном тубусодержателе. Это позволяет установить на тубусодержатель различные насадки (микрофото и т.п.). В некоторых конструкциях микроскопов, предназначенных для работы с микроманипулятором, фокусировка осуществляется вертикальным перемещением тубусодержателя при неподвижном предметном столике.

Тубус микроскопа — узел, служащий для установки объективов и окуляров на определенном расстоянии друг от друга. Он представляет собой трубку, в верхней части которой находится окуляр или окуляры, а в нижней — устройство для крепления и смены объективов. Обычно это револьвер с несколькими гнездами для быстрой смены объективов различного увеличения. В каждом гнезде револьвера объектив закреплен таким образом, что он всегда остается центрированным по отношению к оптической оси микроскопа. В настоящее время конструкция тубуса существенно отличается от прежних микроскопов тем, что части тубуса несущие окуляры и револьвер с объективами, конструктивно не связаны. Роль средней части тубуса может выполнять штатив.
Механическая длина тубуса биологических микроскопов обычно составляет 160мм. В тубусе между объективом и окуляром могут располагаться призмы, изменяющие направление хода лучей и промежуточные линзы, изменяющие окулярное увеличение и оптическую длину тубуса.

Рис. 2. Револьверный держатель объективов

Существуют различные взаимозаменяемые конструкции участка тубуса, несущего окуляры (прямой и наклонный) и различающиеся по количеству окуляров (окулярные насадки):

  • монокулярные — с одним окуляром, для наблюдения одним глазом;
  • бинокулярные — с двумя окулярами, для одновременного наблюдения двумя глазами, которые могут различаться по конструкции в зависимости от модели микроскопа;
  • тринокулярные — с двумя окулярами и проекционным выходом, позволяющие одновременно с визуальным наблюдением двумя глазами, проецировать изображение препарата соответствующей оптикой на монитор компьютера или другой приемник изображения.
Рис. 3. Центрируемый предметный столик

Помимо тубусодержателя с тубусом к механической части микроскопа относятся:

  • кронштейн для крепления предметного столика;
  • предметный столик, служащий для размещения препаратов и горизонтального перемещения в двух перпендикулярных направлениях относительно оси микроскопа. Конструкция некоторых столиков позволяет вращать препарат. Вертикальное перемещение предметного столика осуществляется макро- и микромеханизмом.
  • приспособления для крепления и вертикального перемещения конденсора и его центрировки, а также для помещения светофильтров.

 

Механическая и оптическая часть микроскопа – Статьи на сайте Четыре глаза


Полезная информация

Главная » Статьи и полезные материалы » Микроскопы » Статьи о микроскопах, микропрепаратах и исследованиях микромира » Механическая система микроскопа

В любых световых микроскопах выделяют механическую и оптическую части. Оптическая часть состоит из окуляров и объективов и отвечает за формирование увеличенного изображения. К механической части принято относить предметный столик, коаксиальные механизмы фокусировки, штатив, револьверное устройство – все, что помогает наблюдать образцы. Не стоит забывать и об осветительной системе – ее обычно считают частью оптики микроскопа. Но ее важность при наблюдениях столь высока, что о ней все-таки стоит говорить отдельно. Именно от этих «трех китов» – оптики, механики и осветительной системы – и зависит качество и детализированность картинки, которую можно наблюдать в оптический микроскоп. В этой статье мы поговорим только о механике.

Механическая система микроскопа предназначена для размещения образцов (предметный столик), управления оптикой (фокусировочный механизм, револьверное устройство, окулярная трубка) и соединения всех элементов оптического прибора (штатив, основание).

Предметный столик – механическая часть микроскопа, на которую кладут образцы для исследований. На нем могут быть установлены препаратодержатели или препаратоводитель. В первом случае «лапки» столика надежно фиксируют микропрепарат на одном месте, во втором – специальные линейки позволяют измерять образцы и перемещать образец по предметному столику.

Фокусировочный механизм предназначен для настройки резкости изображения. С его помощью объектив микроскопа можно отдалять от предметного столика или приближать к нему. Шаг фокусировки зависит от уровня оптического прибора: в любительских он больше, в профессиональных – меньше.

За смену увеличений отвечает револьверное устройство. В него устанавливаются объективы разной кратности, что позволяет регулировать мощность оптики прямо во время наблюдений.

Остальные элементы механики в большей степени предназначены для удержания и соединения в одно целое всей конструкции.

Все оптические микроскопы, представленные в нашем интернет-магазине, представлены по ссылке.

4glaza.ru
Март 2018

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.


Рекомендуемые товары


Смотрите также

Другие обзоры и статьи о микроскопах, микропрепаратах и микромире:

  • Видео! Микроскоп Levenhuk 870T: видеосравнение фильтрованной и нефильтрованной воды (канал MAD SCIENCE, Youtube.com)
  • Видео! Микроскоп Levenhuk 870T: жизнь в капле воды с болота (канал MAD SCIENCE, Youtube.com)
  • Видео! Микроскоп Levenhuk 870T: видео радиоактивной воды (канал MAD SCIENCE, Youtube.com)
  • Видео! Микроскоп Levenhuk 870T: видеообзор (канал MAD SCIENCE, Youtube.com)
  • Видео! Микроскоп Levenhuk 870T: видео соленой воды (канал MAD SCIENCE, Youtube.com)
  • Медицинские микроскопы Levenhuk MED: обзорная статья на сайте levenhuk.ru
  • Видео! Портативный микроскоп Bresser National Geographic 20–40x и другие детские приборы линейки: видеообзор (канал «Татьяна Михеева», Youtube.com)
  • Книги знаний издательства Levenhuk Press: подробный обзор на сайте levenhuk.ru
  • Видео! Книга знаний в 2 томах. «Космос. Микромир»: видеопрезентация (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Видео бактерий под микроскопом Levenhuk Rainbow 2L PLUS (канал «Микромир под микроскопом», Youtube.ru)
  • Обзор микроскопа Levenhuk Rainbow 50L PLUS на сайте levenhuk.ru
  • Видео! Подробный обзор серии детских микроскопов Levenhuk LabZZ M101 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Обзор набора оптической техники Levenhuk LabZZ MTВ3 (микроскоп, телескоп и бинокль) на сайте levenhuk.ru
  • Видео! Микроскоп Levenhuk DTX 90: распаковка и видеообзор цифрового микроскопа (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Видеопрезентация увлекательной и красочной книги для детей «Невидимый мир» (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Большой обзор биологического микроскопа Levenhuk 3S NG (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Микроскопы Levenhuk Rainbow 2L PLUS
  • Видео! Микроскопы Levenhuk Rainbow и LabZZ (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Микроскоп Levenhuk Rainbow 2L PLUS Lime\Лайм. Изучаем микромир
  • Выбираем лучший детский микроскоп
  • Видео! Микроскопы Levenhuk Rainbow 2L: видеообзор серии микроскопов (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Микроскопы Levenhuk Rainbow 2L PLUS: видеообзор серии микроскопов (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Микроскопы Levenhuk Rainbow 50L: видеообзор серии микроскопов (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Микроскопы Levenhuk Rainbow 50L PLUS: видеообзор серии микроскопов (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Микроскоп Levenhuk Rainbow D2L: видеообзор цифрового микроскопа (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Микроскоп Levenhuk Rainbow D50L PLUS: видеообзор цифрового микроскопа (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Обзор биологического микроскопа Levenhuk Rainbow 50L
  • Видео! Видеообзор школьных микроскопов Levenhuk Rainbow 2L и 2L PLUS: лучший подарок ребенку (канал KentChannelTV, Youtube.ru)
  • Видео! Как выбрать микроскоп: видеообзор для любителей микромира (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Галерея фотографий! Наборы готовых микропрепаратов Levenhuk
  • Микроскопия: метод темного поля
  • Видео! «Один день инфузории-туфельки»: видео снято при помощи микроскопа Levenhuk 2L NG и цифровой камеры Levenhuk (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Обзор микроскопа Levenhuk Rainbow 2L NG Azure на телеканале «Карусель» (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Обзор микроскопа Levenhuk Фиксики Файер
  • Совместимость микроскопов Levenhuk с цифровыми камерами Levenhuk
  • Как работает микроскоп
  • Как настроить микроскоп
  • Как ухаживать за микроскопом
  • Типы микроскопов
  • Техника приготовления микропрепаратов
  • Галерея фотографий! Что можно увидеть в микроскопы Levenhuk Rainbow 50L, 50L PLUS, D50L PLUS
  • Сетка или шкала. Микроскоп и возможность проведения точных измерений
  • Обычные предметы под объективом микроскопа
  • Насекомые под микроскопом: фото с названиями
  • Инфузории под микроскопом
  • Изобретение микроскопа
  • Какой микроскоп лучше: подробная инструкция по выбору оптического прибора
  • Как выглядят лейкоциты под микроскопом
  • Что такое лазерный сканирующий микроскоп?
  • Микроскоп люминесцентный: цена высока, но оправданна
  • Микроскоп для пайки микросхем
  • Иммерсионная система микроскопа
  • Измерительный микроскоп
  • Микроскопы от самых больших профессиональных моделей до простых детских
  • Микроскоп профессиональный цифровой
  • Силовой микроскоп: для серьезных исследований и развлечений
  • Лечение зубов под микроскопом
  • Кровь человека под микроскопом
  • Галогенные лампы для микроскопов
  • Французские опыты – микроскопы и развивающие наборы от Bondibon
  • Наборы препаратов для микроскопа
  • Юстировка микроскопа
  • Микроскоп для ремонта электроники
  • Операционный микроскоп: цена, возможности, сферы применения
  • «Шкаловой микроскоп» – какой оптический прибор так называют?
  • Бородавка под микроскопом
  • Вирусы под микроскопом
  • Принцип работы темнопольного микроскопа
  • Покровные стекла для микроскопа – купить или нет?
  • Увеличение оптического микроскопа
  • Оптическая схема микроскопа
  • Схема просвечивающего электронного микроскопа
  • Устройство оптического микроскопа у теодолита
  • Грибок под микроскопом: фото и особенности исследования
  • Зачем нужна цифровая камера для микроскопа?
  • Предметный столик микроскопа – что это и зачем он нужен?
  • Микроскопы проходящего света
  • Органоиды, обнаруженные с помощью электронного микроскопа
  • Паук под микроскопом: фото и особенности изучения
  • Из чего состоит микроскоп?
  • Как выглядят волосы под микроскопом?
  • Глаз под микроскопом: фото насекомых
  • Микроскоп из веб-камеры своими руками
  • Микроскопы светлого поля
  • Механическая система микроскопа
  • Объектив и окуляр микроскопа
  • USB-микроскоп для компьютера
  • Универсальный микроскоп – существует ли такой?
  • Песок под микроскопом
  • Муравей через микроскоп: изучаем и фотографируем
  • Растительная клетка под световым микроскопом
  • Цифровой промышленный микроскоп
  • ДНК человека под микроскопом
  • Как сделать микроскоп в домашних условиях
  • Первые микроскопы
  • Микроскоп стерео: купить или нет?
  • Как выглядит раковая клетка под микроскопом?
  • Металлографический микроскоп: купить или не стоит?
  • Флуоресцентный микроскоп: цена и особенности
  • Что такое «ионный микроскоп»?
  • Грязь под микроскопом
  • Как выглядит клещ под микроскопом
  • Как выглядит червяк под микроскопом
  • Как выглядят дрожжи под микроскопом
  • Что можно увидеть в микроскоп?
  • Зачем нужны исследовательские микроскопы?
  • Бактерии под микроскопом: фото и особенности наблюдения
  • На что влияет апертура объектива микроскопа?
  • Аскариды под микроскопом: фото и особенности изучения
  • Как использовать микропрепараты для микроскопа
  • Изучаем ГОСТ: микроскопы, соответствующие стандартам
  • Микроскоп инструментальный – купить или нет?
  • Где купить отсчетный микроскоп и зачем он нужен?
  • Атом под электронным микроскопом
  • Как кусает комар под микроскопом
  • Как выглядит муха под микроскопом
  • Амеба: фото под микроскопом
  • Подкованная блоха под микроскопом
  • Вша под микроскопом
  • Плесень хлеба под микроскопом
  • Зубы под микроскопом: фото и особенности наблюдения
  • Снежинка под микроскопом
  • Бабочка под микроскопом: фото и особенности наблюдений
  • Самый мощный микроскоп – как выбрать правильно?
  • Рот пиявки под микроскопом
  • Мошка под микроскопом: челюсти и строение тела
  • Микробы на руках под микроскопом – как увидеть?
  • Вода под микроскопом
  • Как выглядит глист под микроскопом
  • Клетка под световым микроскопом
  • Клетка лука под микроскопом
  • Мозги под микроскопом
  • Кожа человека под микроскопом
  • Кристаллы под микроскопом
  • Основное преимущество световой микроскопии перед электронной
  • Конфокальная флуоресцентная микроскопия
  • Зондовый микроскоп
  • Принцип работы сканирующего зондового микроскопа
  • Почему трудно изготовить рентгеновский микроскоп?
  • Макровинт и микровинт микроскопа – что это такое?
  • Что такое тубус в микроскопе?
  • Главная плоскость поляризатора
  • На что влияет угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора?
  • Назначение поляризатора и анализатора
  • Метод изучения – микроскопия на практике
  • Микроскопия осадка мочи: расшифровка
  • Анализ «Микроскопия мазка»
  • Сканирующая электронная микроскопия
  • Методы световой микроскопии
  • Оптическая микроскопия (световая)
  • Световая, люминесцентная, электронная микроскопия – разные методы исследований
  • Темнопольная микроскопия
  • Фазово-контрастная микроскопия
  • Поляризаторы естественного света
  • Шотландский физик, придумавший поляризатор
  • Механизм фокусировки в микроскопе
  • Что такое полевая диафрагма?
  • Микроскоп Микромед: инструкция по эксплуатации
  • Микроскоп Микмед: инструкция по эксплуатации
  • Где найти инструкцию микроскопа «ЛОМО»?
  • Микроскопы Micros: руководство пользователя
  • Какую функцию выполняют зажимы на микроскопе
  • Рабочее расстояние объектива микроскопа
  • Микропрепарат для микроскопа своими руками
  • Метод висячей капли
  • Метод раздавленной капли
  • Тихоходка под микроскопом
  • Аппарат Гольджи под микроскопом
  • Чем занять детей дома?
  • Чем заняться на карантине дома?
  • Чем заняться школьникам на карантине?
  • Выбираем микроскоп: отзывы имеют значение?
  • Микроскоп для школьника: какой выбрать?
  • Немного об оптовой закупке микроскопов и иной оптической техники
  • Во сколько увеличивает лупа?
  • Где купить лампу-лупу – косметологическую модель с подсветкой?
  • Какую купить лампу-лупу для маникюра?
  • Можно ли купить лампу-лупу для наращивания ресниц в интернет-магазине?
  • Лампа-лупа косметологическая на штативе: купить домой или нет?
  • Лупа бинокулярная с принадлежностями
  • Как выглядит лупа для нумизмата?
  • Лупа-лампа – лупа для рукоделия с подсветкой
  • «Лупа на стойке» – что это за оптический прибор?
  • Лупа – проектор для увеличенного изображения
  • Делаем лупу своими руками
  • Основные функции лупы
  • Какую лупу выбрать: советы и рекомендации
  • Лупа бинокулярная – цена возможностей
  • Лупа канцелярская: выбираем оптическую технику для офиса
  • Как выглядит коронавирус под микроскопом?
  • Как называется главная часть микроскопа?
  • Где купить блоки питания для микроскопа?
  • Строение объектива микроскопа
  • Как выглядят продукты под микроскопом
  • Что покажет музей микроминиатюр
  • Особенности и применение методов окрашивания клеток

Как пользоваться микроскопом, чтобы увидеть как можно больше?

Микроскоп – одно из самых важных изобретений в истории человечества. Сегодня этот оптический прибор купить для домашних исследований, обучения и досуга очень легко. Чтобы ваши наблюдения были максимально информативными, важно понимать суть работы микроскопа. Это поможет правильно готовить его к наблюдениям и использовать все возможности устройства.

Как работает оптический микроскоп?

Принцип работы оптического микроскопа достаточно прост: расходящийся пучок света проходит сквозь образец, полученное изображение увеличивается объективом, преломляется для поступления в тубус окуляра, где увеличивается еще раз. После этого пучок света поступает на сетчатку глаза, формируя картинку.

Устройство и принцип работы микроскопа может немного отличаться для разных моделей. Например, в профессиональных электронных приборах через образец проходит пучок электронов, который улавливается особыми магнитными линзами. Однако основной принцип работы микроскопа остается неизменным.

Устройство оптического микроскопа

Рассмотрим световой прибор, поскольку эта категория самая обширная, пользуется наибольшей популярностью для домашних и любительских исследований. С конструктивной точки зрения микроскоп состоит из трех частей (групп деталей).

  • Механическая – включает штатив, основание, предметный столик с препаратоводителем или без него, держатель для тубуса окуляра, револьверного устройства с объективами, фокусировочного механизма. Эта часть обеспечивает комфортную работу с микроскопом, фактически удерживая все остальные составляющие вместе.

  • Оптическая – сюда относятся линзы, окуляр, объективы, различные насадки и фильтры, элементы осветительной системы. Эта часть отвечает за формирование достаточно качественной и укрупненной картинки. Работа линз в микроскопе должна обеспечивать достоверное по форме и соотношению размеров изображение.

  • Электрическая – включает проводку и сами источники дополнительного света. Наличие этого элемента упрощает порядок работы с микроскопом, поскольку пользователь может вести наблюдения в любое время суток. Устройства, в которых за освещение образцов отвечает зеркало, менее универсальны.

Готовим микроскоп к работе

Техника подготовки микроскопа к работе предельно проста, но от ее соблюдения зависит комфорт пользователя:

  • подберите максимально удобный стул и стол, соответствующий возрасту пользователя прибора;

  • расположите устройство рядом с окном или источником освещения;

  • переставляя микроскоп, придерживайте его за держатель тубуса и основание;

  • установите прибор на столе, отступив 3-5 см от края;

  • перед тем, как пользоваться микроскопом, мягкой тканевой салфеткой протрите внешние оптические элементы: объективы, окуляры, зеркало;

  • полностью откройте диафрагму и опустите конденсор, если такие регулировки предусмотрены конструкцией прибора;

  • соблюдая правила работы с микроскопом, настройте лампу таким образом, чтобы она не слепила, но поле зрения было подсвечено равномерно и ярко;

  • обращайтесь с предметным стеклом предельно аккуратно – оно хрупкое;

  • алгоритм работы с микроскопом требует использования перчаток и защитных очков, если вы изучаете химические вещества;

  • если вы используете монокуляр, смотрите в него каждым глазом поочередно – так органы зрения будут меньше уставать.

Как правильно пользоваться микроскопом: настраиваем прибор

Интересуясь, как пользоваться микроскопом Levenhuk, обратите внимание, что большинство моделей позволяет менять объектив прямо во время наблюдений поворотом револьверной головки. Для начала работы с устройством бренда «Левенгук» или Bresser необходимо выбрать оптику с наименьшими показателями увеличения и провести базовую настройку.

  • Разместите стекло с препаратом (слайд) на предметном столике и приблизьте к объективу на расстояние 3-4 мм.

  • Соблюдая последовательность работы с микроскопом, используйте колесико грубой настройки, чтобы медленно отдалять образец наблюдений от объектива. Делать это нужно до тех пор, пока изображение не станет четким.

  • Аккуратно поверните колесико тонкой настройки, чтобы картинка обрела максимальную резкость.

Основные правила работы с микроскопом гласят, что предметный столик или объектив нужно именно отдалять. Если смотреть в окуляр и одновременно приближать препарат, легко повредить предметный столик или оптику. Приемы работы с микроскопом очень просты: чтобы сменить предельную степень увеличения, достаточно повернуть револьверную головку до характерного щелчка. Но делать это также необходимо под наблюдением: оптика с большей кратностью длиннее и может зацепить предметное стекло. Поэтому работать с микроскопом нужно очень аккуратно, при необходимости повторяя настройку для каждого объектива в отдельности.

Если вы используете бинокулярный прибор, все описанные действия необходимо проводить, используя лишь один окуляр. Второй при подготовке микроскопа к работе легко подогнать при помощи регулировочного кольца. Точность такой регулировки легко определить: смотря в окуляры обоими глазами, пользователь должен видеть только одно изображение высокой четкости.

Зная, как правильно пользоваться микроскопом, вы гарантированно совершите немало личных открытий! Изучайте удивительные тайны окружающего мира прямо у себя дома.

Упрощенный микроскоп МУ — SCOPICA

Конструкция микроскопа МУ показана на рис. 2. Основными частями его являются: основание, тубусодержатель, тубус, механизмы для быстрого и медленного движений тубуса, предметный столик, гильза для диафрагм, зеркало с вилкообразным держателем на качающемся рычаге.

Рис. 2. Упрощенный микроскоп без револьвера
1 — основание штатива, 2 — тубусодержатель, 3 — микрометренный механизм, 4 — кремальера (трибка и рейка), 5 — окуляр, 6 — тубус, 7 — объектив, 8 — предметный столик, 9 — зеркало.

Основание штатива (поз. 1) — ножка подковообразной формы (башмак) — имеет три опорных площадки для соприкосновения со столом и два выступа, предохраняющие штатив от падения при боковых толчках; тяжесть ножки удерживает микроскоп от опрокидывания даже в случае горизонтального положения тубусодержателя.

Тубусодержатель (поз. 2), соединяющийся шарнирно с основанием, имеет форму сегмента; выемка в средней части сегмента позволяет удобно переносить микроскоп и ставить на его предметный столик объекты большого размера. «Тугость» движения шарнирного соединения, обеспечивающая желательное положение тубуса, мажет регулироваться с помощью прилагаемого к микроскопу ключа; упорные винты в нижней части тубусодержателя обеспечивают установку тубуса в горизонтальное положение. В расширенной верхней части сегмента находится микромеханизм для точной фокусировки тубуса в направлении оптической оси микроскопа.

Тубус микроскопа (поз. 6) — составной: в нижнюю часть ввернута втулка, служащая для ввертывания объективов; верхняя часть — трубка — служит для вкладывания в нее сменных окуляров.

Для установки тубуса микроскопа на необходимом расстоянии от рассматриваемого предмета, т.е. для фокусировки микроскопа на резкость, последний снабжен двумя механизмами, из которых каждый обеспечивает точное перемещение тубуса в направлении оптической оси микроскопа, но с различной скоростью.

Механизм для быстрого, или, как принято говорить, «грубого» движения тубуса (поз. 4) состоит из закрепленной на тубусе рейки,и сцепляющегося с ней зубчатого колеса (трибки). На обоих концах оси трибки имеются маховички, вращением которых можно быстро опускать или поднимать тубус. Конструкция маховичков позволяет регулировку легкости хода поворотом одного маховичка по отношению к другому. Косое направление зуба рейки сообщает движению необходимую плавность, однако недостаточную при фокусировке объектива с большим увеличением. Для последней цели служит второй механизм движения тубуса, так называемый, механизм для микрометренного (медленного — «тонкого») опускания и подъема (поз. 3). После 24—25 оборотов стопорный механизм ограничивает возможность дальнейшего движения; два штриха на направляющей показывают предельный ход тубуса с помощью микрометренного механизма.

Необходимо помнить, что работать микрометренным механизмом следует на определенном участке от среднего положения тубуса (т. е. точка на тубусодержателе должна находиться в среднем положении между штрихами на направляющей), т.к. при работе в крайних положениях, от неосторожного нажима на стопорный механизм, может произойти его поломка, вследствие чего микроскоп будет выведен из строя.

Опускание тубуса осуществляется вращением маховичков механизма по направлению часовой стрелки. С помощью этого механизма можно в ряде случаев определять также толщину исследуемого под микроскопом объекта путем двух последовательных фокусировок на верхнюю и нижнюю его плоскости и отсчетов показаний на барабанчике.

Предметный столик (поз. 8) микроскопа скреплен с его несущим кронштейном, а последний — с тубусодержателем. Удобная круглая форма столика и достаточный его размер удовлетворяют в значительной степени основным требованиям микроскописта;

Столик имеет семь отверстий: четыре крайних — для зажимающих препарат пружинящих клемм и три средних — для крепления накладного препаратоводителя СТ-5.

Кронштейн под столиком микроскопа несет цилиндрическую пружинящую гильзу для диафрагм. К микроскопу прикладывается набор сменных диафрагм, состоящий из 3 шт. Диафрагму с отверстием 1 мм следует применять с объективом 40х, а 3 мм — с объективом 8х. Для освещения объекта имеется зеркало (поз. 9), закрепленное на качающемся рычаге.

Предусмотренная возможность вращения зеркала вокруг двух горизонтальных осей позволяет наилучшим образом направить свет от источника освещения на наблюдаемый объект.

Ахроматические объективы (поз. 7) микроскопа рассчитаны на нормальную работу, при механической длине тубуса 160 мм и при толщине покровного стекла 0,17 мм; в этом случае при надлежащем правильном освещении указанные в таблице основные показатели их (апертура) используются полностью.

Каждый объектив снабжен специальным футляром (из пластической массы) с завинчивающейся крышкой, предохраняющей объектив от запыления; собственное увеличение и апертура объектива выгравированы на оправе объектива и на дне футляра.

Окуляры (поз. 5) типа Гюйгенса (входящие в нормальный набор оптики микроскопа) построены так, что при замене одного из них другим, изображение остается в той же плоскости; они плавно входят в окулярную трубку микроскопа. Каждый окуляр снабжен маркой, указывающей его собственное увеличение.

Микроскоп МУ упакован в металлический футляр. Футляр микроскопа состоит из массивного основания и колпака, с ручкой для переноски. Футляр запирается на замок.

Микроскоп УШМ-1 — SCOPICA

Независимо от расположения источника света (окно лампа) микроскоп ставят прямо против себя, предметным столиком от себя, почти у края стола. Свет источника должен освещать зеркало равномерно и направляться последним через отверстия диафрагмы на объект. Наблюдая в окуляр, вращают зеркало до тех пор, пока все поле зрения не окажется равномерно освещенным.

Если в качестве источника взята лампа, то может вырисовываться светящаяся поверхность (волосок). От этого необходимо избавиться, даже если при этом произойдет уменьшение яркости освещения поля изображения. Для равномерного освещения объекта достаточно поставить между лампой и зеркалом экран из папиросной бумаги.

Настроив зеркало и правильно расположив источник освещения, произвести фокусировку объектива. Фокусировка объектива, т. е. перемещение тубуса микроскопа вдоль оси, осуществляется вращением маховичков. Вращая маховички, поднимают тубус, кладут на предметный столик исследуемый объект и прижимают его пружинными лапками. Затем опуская тубус, следят, чтобы объектив переместился несколько ниже своего рабочего положения, т. е. оказался от плоскости столика на расстоянии, равном толщине препарата Плюс 6—8 мм для 8x и плюс 1 мм., для объектива 20x. Наблюдая в окуляр, очень медленно поднимают тубус до тех пор, пока в поле зрения не появится изображение объектива. При фокусировке полезно осторожно передвигать исследуемый объект, так как двигающийся предмет гораздо легче заметить, чем неподвижный.

При пользовании объективом 20x необходимо соблюдать осторожность, так как его свободное рабочее расстояние равно 1.8 мм.

Найдя изображение, еще более медленным вращением маховичков добиваются наиболее резкого изображения объектива. Фокусировка может считаться законченной когда будут устранены все недостатки изображения в виде полос, пятен, бликов. Хорошей фокусировкой можно назвать такую, при которой глаз совершенно не утомляется.

При появлении объекта или его признаков в поле зрения (при фокусировке) следует попробовать менять освещение, изменяя наклон зеркала. Часто бывает так что объект, видимый плохо в прямом свете, хорошо виден при наклонном попадании лучей. Иногда исследуемый объект лучше виден при слабом освещении, в этих случаях полезно применить диафрагму поз. 3 (рис. 2).

Необходимо источник искусственного света ставить довольно -далеко от зеркала:

  • во-первых, для того, чтобы свет не слепил наблюдателя;
  • во-вторых, потому, что зеркало прикрывается предметным столиком и на него могут попасть только почти горизонтальные лучи.

Следует предпочитать окно обращенное на северную сторону, чтобы лучи, солнца не могли попасть непосредственно на зеркало.

При правильном освещении оптика микроскопа обеспечивает полное разрешение деталей исследуемого объекта, соответственно апертуре объектива.

Рекомендуется наблюдать объект в микроскоп попеременно обоими глазами и оставлять открытым свободный глаз, что предупреждает его утомление.

Как работает микроскоп

Как работает микроскоп

Микроскоп является одним из наиболее важных изобретений человечества, который позволил углубиться в изучение окружающего нас мира. И это невероятное открытие сделал голландский ученый Антон Ван Левенгук. Именно он стал первопроходцем в микроскопии, направив несколько линз на воду и растения и обнаружив, что при определённой установке и порядке крепления линз можно увидеть совершенно новый, скрытый от невооруженного человеческого глаза мир.

Это открытие принесло ученому всемирную славу и признание. За всю свою жизнь он сделал более трёх сотен приборов. На то время они состояли из небольшой сферической линзы, которая имела диаметр примерно в пол сантиметра, предметный столик, который с помощью винта можно было приближать и отдалять от линзы. Штатива не предусматривалось, что было неудобно, так как прибор держали в руках.

Если посмотреть на это изобретение с точки зрения современной оптики, то находку голландского ученого скорее можно отнести к сильной лупе, так как оптическая часть данного прибора имеет только одну линзу.

Постепенно микроскопы эволюционировали и стали более сильными и совершенными. Теперь с их помощью можно рассматривать даже самые маленькие частички нашего мира, клетки, вирусы, бактерии.

Как работает микроскоп

В работе микроскопа присутствует тот же принцип, что и в телескопе-рефлекторе. В телескопе лучи света, когда проходят через стекло или стеклянную линзу, преломляются под определённым углом. Телескоп собирает параллельные лучи воедино в точку фокуса, откуда с помощью окуляра мы можем её видеть. Что касается микроскопа, то тут очень схожий принцип действия. Сперва расходящийся пучок света становится параллельным, после чего преломляется в окуляре, чтоб наблюдающий мог разглядеть картинку.

  1. Окуляр
  2. Тубус
  3. Держатель
  4. Винт грубой фокусировки
  5. Винт точной (микрометренной) фокусировки
  6. Револьверная головка
  7. Объектив
  8. Предметный столик

  1. Осветитель
  2. Ирисовая полевая диафрагма
  3. Зеркало
  4. Ирисовая апертурная диафрагма
  5. Конденсор
  6. Препарат
  7. Увеличенное действительное промежуточное изображение препарата, образуемое объективом
  8. Увеличенное мнимое окончательное изображение препарата, наблюдаемое в окуляре
  9. Объектив
  10. Окуляр

Функциональные составные микроскопа

Данное оборудование содержит в себе три главные составные части: осветительная, воспроизводящая и визуализирующая. Осветительная составная микроскопа необходима для того, чтоб воссоздавать поток света так, чтоб другие части прибора, как можно точнее делали свою работу. Осветительная часть оборудования для проходящего светового потока находится непосредственно за препаратом, если микроскоп прямой, а если микроскоп инвертированный, то перед объектом и поверх объектива.

Осветительная составная прибора содержит в себе источник освещения, который может быть представлен лампой, или же электрическим блоком питания, а также оптико-механическую часть, в которую входят: конденсоры, коллекторы, полевые и апертурные регулируемые и ирисовые диафрагмы.

Воспроизводящая составная микроскопа нужна для того, чтоб воспроизводить объект непосредственно в горизонтали картинки с необходимым для рассмотрения визуальными качествами и увеличением. Это значит, что воспроизводящая составная нужна для такого отображения картинки в окуляре, какое наиболее точно и детально показывает объект с определённым разрешением для оптики микроскопа передачей цвета и контрастности.

С помощью воспроизводящей части удаётся добиться первой ступени увеличения картинки и находится она за объектом до горизонтали изображения прибора. Воспроизводящие части прибора также имеют объективы, и промежуточные системы стационарной оптики.

Сегодня это оборудование работает с помощью специальных систем объективов и оптики, которые скорректированы на отметку бесконечности. Для этого в приборах используют тубусные системы, благодаря которым параллельные лучи света, выходящие через объектив, соединяются в плоскости картинки в микроскопе.

Визуализирующие составные прибора необходимы для того, чтоб получать настоящую картинку исследуемого предмета на сетчатке, пластине, пленке, на мониторе с большой второй степенью увеличения.

Визуализирующие части в микроскопе находится между камерой или сетчаткой глаза, а также горизонталью картинки объектива. Эти части содержат в себе визуальные насадки монокулярного, бинокулярного или тринокулярного типа со специальными системами наблюдения, которые представляет собой окуляры, работающие по принципу лупы.

Помимо этого, визуализирующая часть микроскопа также содержит в себе дополнительные увеличительные системы, всевозможные насадки для проекции, включая также и дискуссионные для нескольких исследователей. Также система включает в себя приспособления для рисования, проведения анализа, а также фиксирования картинки с определёнными согласующими частями.

Главные способы работы с микроскопом

Метод светлого поля в проходящем свете применяется для того, чтоб изучить прозрачные объекты с различными неоднородными составляющими. Это могут быть срезы растительной и животной ткани, отдельные минералы, а также самые простые микроорганизмы в жидкости. Конденсор, а также источник света стоят боле низко, чем предметный стол. Картинку объекта формирует световой луч, который проходит сквозь прозрачную часть и поглощается составными частями с более высокой оптической плотностью. Если есть необходимость увеличить контрастность картинки, то могут добавляться красители, степень концентрации которых увеличивается с плотностью участка объекта.

Светлое поле в отраженном свете необходимо для того, чтоб разглядеть непрозрачные объекты, и всевозможные объекты, из которых нет возможности взять образец для создания полупрозрачных препаратов. Свет на объект исследования проходит как правило, сквозь объектив, который в этом варианте ещё и служит своеобразным конденсором.

Способ темнопольный и косого освещения применяются для изучения объектов с чрезвычайно низкой контрастностью, таких как прозрачные живые клетки. Свет для изучения предмета подают не снизу, а сбоку, из-за чего появляются тени, благодаря которым становятся явными плотные части. Если освещение конденсора переместить так, чтоб его свет не попадал на объектив, а образец освещался лучами сбоку, можно увидеть белый объектив на черном фоне. Оба данных способа подходят исключительно для таких приборов, в которых можно относительно оси оптики менять расположение конденсора.

Схема микроскопа для этикеток

— EnchantedLearning.com Схема микроскопа для этикеток

— EnchantedLearning.com Реклама.

EnchantedLearning.com — это сайт, поддерживаемый пользователями.
В качестве бонуса участники сайта получают доступ к версии сайта без баннерной рекламы с удобными для печати страницами.
Щелкните здесь, чтобы узнать больше.


(Уже зарегистрированы? Нажмите здесь.)


штанга — служит для крепления окуляра и корпуса к основанию.
base — это поддерживает микроскоп.
корпусной тубус — тубус, поддерживающий окуляр.
грубая регулировка фокуса — ручка, которая выполняет большую регулировку фокуса.
диафрагма — регулируемое отверстие под сценой, через которое на сцену попадает разное количество света.
окуляр — на место, куда ставишь глаз.
точная регулировка фокуса — ручка, которая выполняет небольшие регулировки фокуса (часто она меньше, чем ручка грубой фокусировки).
мощный объектив — большой объектив с большим увеличением.
Наклонный шарнир — регулируемый шарнир, позволяющий наклонять рычаг под разными углами.
маломощный объектив — небольшой объектив с малым увеличением.
зеркало (или источник света) — направляет свет вверх на слайд.
револьверная головка — вращающееся устройство, удерживающее объективы (линзы).
сцена — площадка, на которой размещается горка.
зажимы для сцены — металлические зажимы, которые надежно удерживают слайд на сцене.


Зачарованный поиск обучения

Найдите на веб-сайте Enchanted Learning:

Реклама. Реклама. Реклама.

Авторские права © 2001-2018 гг. EnchantedLearning.com —— Как процитировать веб-страницу

Схема соединительного устройства фотоаппарата и микроскопа.

Контекст 1

… Визуализация изображений в микроскоп имеет огромное значение в нескольких профессиональных сферах деятельности. Точно неизвестно, кто изобрел микроскоп, однако после его изобретения (XVII век) наше восприятие невидимого маленького мира стало совсем другим. Изобретение микроскопа приписывается Галилею, однако Левенгук усовершенствовал его и использовал в качестве живых существ. Первые микроскопы имели только одну стеклянную линзу, что позволяло увеличить изображение до 300 раз при разумной четкости, поэтому невидимый мир стал видимым для наших глаз.Простой микроскоп Левенгука, усовершенствованный Гуком, заработал плюс линзы, стал еще больше увеличивается еще на 1. Современные оптические микроскопы намного мощнее тех, что использовались учеными начала XVII века. Они оснащены двумя системами хрустальных линз (окулярной и объективной), которые позволяют увеличивать от 100 до 1000 раз. В обычных микроскопах линза объектива создает реальное изображение внутри трубы рядом с линзой окуляра, а окуляр используется для изучения уже увеличенного изображения, как если бы он смотрел на объект.И объектив, и окуляр вносят свой вклад в общее увеличение микроскопа. Следовательно, окуляр — это линза, которая служит для увеличения изображения, создаваемого линзой объектива, например, с окуляром в 10 раз, сопряженным с объективом в 30 раз, общее увеличение будет в 300 раз по сравнению с исходным размером объекта 2. Электронные микроскопы появились в 1932 году, быстро совершенствовались, теперь позволяют увеличивать от 5 тысяч до 500 тысяч раз. Разница между оптическими и электронными микроскопами в том, что в последнем вместо света используется пучок электронов.Хрустальные линзы были заменены катушками, названными электромагнитными линзами. Увеличенное изображение создается путем прохождения электронного луча через образец и проецируется на черно-белый монитор. Невозможно наблюдать за живым материалом. Образцы, используемые в этом типе микроскопа 3, должны быть высушены и покрыты очень твердыми специальными смолами для получения сверхтонких срезов. Оптические инструменты обладают ограничением длины волны видимого света. Сканирующий электронный микроскоп (SEM), способный работать в нанометрическом масштабе (1 нм = 10 -9 м), требует высокого вакуума с разрушающим действием для биологических образцов.Более того, они не дают хорошей информации о глубине. Сканирующий зондовый микроскоп (сканирующий зондовый микроскоп) состоит в основном из системы пьезоэлектрической керамики (пьезоэлектрической керамики, размер которой зависит от разности приложенных потенциалов). Изображение получается перемещением зонда по образцу. Движение контролируется системой обратной связи PID (пропорционально-дифференциальный интеграл). В процессе сканирования информация, полученная от системы управления и детектора положения зонда, используется для формирования изображения образца.Он имеет много типов СЗМ, например: СТМ (сканирующий туннельный микроскоп) 4 и АСМ (атомно-силовой микроскоп) и СБОМ (сканирующий оптический микроскоп ближнего поля). Наиболее часто используемым СЗМ является АСМ, зонд которого образован шатуном с иглой в его нижней части (шатун-игла называется кантилевером). Для СТМ используется платиновая проволока. Это оборудование способно получать изображения ядерных размеров. Сообщается о разрешении до 0,1 ангстрем 5. Инструмент для подключения фото- или кинокамеры к оптическому микроскопу, показанный на рисунке 1, прикреплен к камере окулярной линзы микроскопа.Это позволяет делать микроскопические фотографии или записывать видео материалов на предметных стеклах (рис. 1). Оптические микроскопы увеличивают изображение в 100, 200, 400 или 1000 раз. При подключении цифровой камеры регулировку масштабирования можно использовать для увеличения размера изображения в десять, двадцать и более раз, улучшая визуализацию и диагностику. Также это позволяет подключить микроскоп к проектору или телевизору, что позволяет визуализировать изображение другим людям. Это может быть очень полезно для дидактических процессов.Соединитель камер представляет собой металлическое кольцо с внутренним диаметром 35 мм и высотой 15 мм. Стенка имеет толщину 6 мм и крепится к линзе окуляра тремя равноотстоящими винтами 5 мм (рис. 2). К кольцу присоединен винт 6 мм (рис. 2/2), имеет одну штангу размером 20 мм. на 40 мм, толщиной 3 мм. В нем есть продолговатое отверстие длиной 25 мм и диаметром 6 мм, в которое крепится еще один рычаг с винтом 6 мм (рис. 2/4), что позволяет выровнять высоту камеры по центру окуляра микроскопа.Этот рычаг металлический, имеет толщину 3 мм, длину 200 мм и ширину 20 мм и содержит продолговатое отверстие диаметром 6 мм и длиной 25 мм (рис. 2/5). Винт 6 (рис. 2/6) используется для крепления камеры к системе. На рисунке 3 показано устройство в сборе. Результат можно наблюдать на рисунке 4, где изображение получено в оптический микроскоп с увеличением в 100 раз и увеличением камеры в 40 раз, всего в 4.000 раз. Таким образом можно лучше изучить детали исследуемого материала, что облегчит диагностику. С помощью тампона был взят материал слизистой оболочки носа охлажденного человека.Материал фиксировали метиловым спиртом и помещали в микроскоп с увеличением 400X и увеличением камеры 20X (рис. 5). Мы использовали АСМ, чтобы получить аналогичное изображение с тем же увеличением (рис. 6) с одного и того же слайда. Чтобы подтвердить величину этих изображений, было получено изображение калибровочной решетки АСМ с АСМ и микроскопом. Результаты представлены на рисунках 7 и 8. Оборудование для подключения цифровой камеры к оптическому микроскопу позволяет получать изображения с большим увеличением, что можно увидеть на рисунках 4 и 5.Это позволяет, например, получать изображения микрофилярий Stephanofilirias spp периферической крови человека, наблюдаемых только с увеличением в 4.000 раз (рис. 4) 8. Этот метод может быть полезен при диагностике нескольких видов инфекций, в том числе вирусных. Это оборудование позволяет исследовать непрозрачные материалы с помощью Epi-освещения и отличается от методики, разработанной для Piper 9, тем, что в нем используются адаптированные линзы и не увеличивается величина оптического микроскопа в пять или двадцать тысяч раз. как это происходит с техникой, использованной в этом…

Контекст 2

… Визуализация изображений в микроскоп имеет огромное значение в нескольких профессиональных сферах деятельности. Точно неизвестно, кто изобрел микроскоп, однако после его изобретения (XVII век) наше восприятие невидимого маленького мира стало совсем другим. Изобретение микроскопа приписывается Галилею, однако Левенгук усовершенствовал его и использовал в качестве живых существ. Первые микроскопы имели только одну стеклянную линзу, что позволяло увеличить изображение до 300 раз при разумной четкости, поэтому невидимый мир стал видимым для наших глаз.Простой микроскоп Левенгука, усовершенствованный Гуком, заработал плюс линзы, стал еще больше увеличивается еще на 1. Современные оптические микроскопы намного мощнее тех, что использовались учеными начала XVII века. Они оснащены двумя системами хрустальных линз (окулярной и объективной), которые позволяют увеличивать от 100 до 1000 раз. В обычных микроскопах линза объектива создает реальное изображение внутри трубы рядом с линзой окуляра, а окуляр используется для изучения уже увеличенного изображения, как если бы он смотрел на объект.И объектив, и окуляр вносят свой вклад в общее увеличение микроскопа. Следовательно, окуляр — это линза, которая служит для увеличения изображения, создаваемого линзой объектива, например, с окуляром в 10 раз, сопряженным с объективом в 30 раз, общее увеличение будет в 300 раз по сравнению с исходным размером объекта 2. Электронные микроскопы появились в 1932 году, быстро совершенствовались, теперь позволяют увеличивать от 5 тысяч до 500 тысяч раз. Разница между оптическими и электронными микроскопами в том, что в последнем вместо света используется пучок электронов.Хрустальные линзы были заменены катушками, названными электромагнитными линзами. Увеличенное изображение создается путем прохождения электронного луча через образец и проецируется на черно-белый монитор. Невозможно наблюдать за живым материалом. Образцы, используемые в этом типе микроскопа 3, должны быть высушены и покрыты очень твердыми специальными смолами для получения сверхтонких срезов. Оптические инструменты обладают ограничением длины волны видимого света. Сканирующий электронный микроскоп (SEM), способный работать в нанометрическом масштабе (1 нм = 10 -9 м), требует высокого вакуума с разрушающим действием для биологических образцов.Более того, они не дают хорошей информации о глубине. Сканирующий зондовый микроскоп (сканирующий зондовый микроскоп) состоит в основном из системы пьезоэлектрической керамики (пьезоэлектрической керамики, размер которой зависит от разности приложенных потенциалов). Изображение получается перемещением зонда по образцу. Движение контролируется системой обратной связи PID (пропорционально-дифференциальный интеграл). В процессе сканирования информация, полученная от системы управления и детектора положения зонда, используется для формирования изображения образца.Он имеет много типов СЗМ, например: СТМ (сканирующий туннельный микроскоп) 4 и АСМ (атомно-силовой микроскоп) и СБОМ (сканирующий оптический микроскоп ближнего поля). Наиболее часто используемым СЗМ является АСМ, зонд которого образован шатуном с иглой в его нижней части (шатун-игла называется кантилевером). Для СТМ используется платиновая проволока. Это оборудование способно получать изображения ядерных размеров. Сообщается о разрешении до 0,1 ангстрем 5. Инструмент для подключения фото- или кинокамеры к оптическому микроскопу, показанный на рисунке 1, прикреплен к камере окулярной линзы микроскопа.Это позволяет делать микроскопические фотографии или записывать видео материалов на предметных стеклах (рис. 1). Оптические микроскопы увеличивают изображение в 100, 200, 400 или 1000 раз. При подключении цифровой камеры регулировку масштабирования можно использовать для увеличения размера изображения в десять, двадцать и более раз, улучшая визуализацию и диагностику. Также это позволяет подключить микроскоп к проектору или телевизору, что позволяет визуализировать изображение другим людям. Это может быть очень полезно для дидактических процессов.Соединитель камер представляет собой металлическое кольцо с внутренним диаметром 35 мм и высотой 15 мм. Стенка имеет толщину 6 мм и крепится к линзе окуляра тремя равноотстоящими винтами 5 мм (рис. 2). К кольцу присоединен винт 6 мм (рис. 2/2), имеет одну штангу размером 20 мм. на 40 мм, толщиной 3 мм. В нем есть продолговатое отверстие длиной 25 мм и диаметром 6 мм, в которое крепится еще один рычаг с винтом 6 мм (рис. 2/4), что позволяет выровнять высоту камеры по центру окуляра микроскопа.Этот рычаг металлический, имеет толщину 3 мм, длину 200 мм и ширину 20 мм и содержит продолговатое отверстие диаметром 6 мм и длиной 25 мм (рис. 2/5). Винт 6 (рис. 2/6) используется для крепления камеры к системе. На рисунке 3 показано устройство в сборе. Результат можно наблюдать на рисунке 4, где изображение получено в оптический микроскоп с увеличением в 100 раз и увеличением камеры в 40 раз, всего в 4.000 раз. Таким образом можно лучше изучить детали исследуемого материала, что облегчит диагностику. С помощью тампона был взят материал слизистой оболочки носа охлажденного человека.Материал фиксировали метиловым спиртом и помещали в микроскоп с увеличением 400X и увеличением камеры 20X (рис. 5). Мы использовали АСМ, чтобы получить аналогичное изображение с тем же увеличением (рис. 6) с одного и того же слайда. Чтобы подтвердить величину этих изображений, было получено изображение калибровочной решетки АСМ с АСМ и микроскопом. Результаты представлены на рисунках 7 и 8. Оборудование для подключения цифровой камеры к оптическому микроскопу позволяет получать изображения с большим увеличением, что можно увидеть на рисунках 4 и 5.Это позволяет, например, получать изображения микрофилярий Stephanofilirias spp периферической крови человека, наблюдаемых только с увеличением в 4.000 раз (рис. 4) 8. Этот метод может быть полезен при диагностике нескольких видов инфекций, в том числе вирусных. Это оборудование позволяет исследовать непрозрачные материалы с помощью Epi-освещения и отличается от методики, разработанной для Piper 9, тем, что в нем используются адаптированные линзы и не увеличивается величина оптического микроскопа в пять или двадцать тысяч раз. как это происходит с техникой, использованной в этом…

Контекст 3

… Визуализация изображений в микроскоп имеет огромное значение в нескольких профессиональных сферах деятельности. Точно неизвестно, кто изобрел микроскоп, однако после его изобретения (XVII век) наше восприятие невидимого маленького мира стало совсем другим. Изобретение микроскопа приписывается Галилею, однако Левенгук усовершенствовал его и использовал в качестве живых существ. Первые микроскопы имели только одну стеклянную линзу, что позволяло увеличить изображение до 300 раз при разумной четкости, поэтому невидимый мир стал видимым для наших глаз.Простой микроскоп Левенгука, усовершенствованный Гуком, заработал плюс линзы, стал еще больше увеличивается еще на 1. Современные оптические микроскопы намного мощнее тех, что использовались учеными начала XVII века. Они оснащены двумя системами хрустальных линз (окулярной и объективной), которые позволяют увеличивать от 100 до 1000 раз. В обычных микроскопах линза объектива создает реальное изображение внутри трубы рядом с линзой окуляра, а окуляр используется для изучения уже увеличенного изображения, как если бы он смотрел на объект.И объектив, и окуляр вносят свой вклад в общее увеличение микроскопа. Следовательно, окуляр — это линза, которая служит для увеличения изображения, создаваемого линзой объектива, например, с окуляром в 10 раз, сопряженным с объективом в 30 раз, общее увеличение будет в 300 раз по сравнению с исходным размером объекта 2. Электронные микроскопы появились в 1932 году, быстро совершенствовались, теперь позволяют увеличивать от 5 тысяч до 500 тысяч раз. Разница между оптическими и электронными микроскопами в том, что в последнем вместо света используется пучок электронов.Хрустальные линзы были заменены катушками, названными электромагнитными линзами. Увеличенное изображение создается путем прохождения электронного луча через образец и проецируется на черно-белый монитор. Невозможно наблюдать за живым материалом. Образцы, используемые в этом типе микроскопа 3, должны быть высушены и покрыты очень твердыми специальными смолами для получения сверхтонких срезов. Оптические инструменты обладают ограничением длины волны видимого света. Сканирующий электронный микроскоп (SEM), способный работать в нанометрическом масштабе (1 нм = 10 -9 м), требует высокого вакуума с разрушающим действием для биологических образцов.Более того, они не дают хорошей информации о глубине. Сканирующий зондовый микроскоп (сканирующий зондовый микроскоп) состоит в основном из системы пьезоэлектрической керамики (пьезоэлектрической керамики, размер которой зависит от разности приложенных потенциалов). Изображение получается перемещением зонда по образцу. Движение контролируется системой обратной связи PID (пропорционально-дифференциальный интеграл). В процессе сканирования информация, полученная от системы управления и детектора положения зонда, используется для формирования изображения образца.Он имеет много типов СЗМ, например: СТМ (сканирующий туннельный микроскоп) 4 и АСМ (атомно-силовой микроскоп) и СБОМ (сканирующий оптический микроскоп ближнего поля). Наиболее часто используемым СЗМ является АСМ, зонд которого образован шатуном с иглой в его нижней части (шатун-игла называется кантилевером). Для СТМ используется платиновая проволока. Это оборудование способно получать изображения ядерных размеров. Сообщается о разрешении до 0,1 ангстрем 5. Инструмент для подключения фото- или кинокамеры к оптическому микроскопу, показанный на рисунке 1, прикреплен к камере окулярной линзы микроскопа.Это позволяет делать микроскопические фотографии или записывать видео материалов на предметных стеклах (рис. 1). Оптические микроскопы увеличивают изображение в 100, 200, 400 или 1000 раз. При подключении цифровой камеры регулировку масштабирования можно использовать для увеличения размера изображения в десять, двадцать и более раз, улучшая визуализацию и диагностику. Также это позволяет подключить микроскоп к проектору или телевизору, что позволяет визуализировать изображение другим людям. Это может быть очень полезно для дидактических процессов.Соединитель камер представляет собой металлическое кольцо с внутренним диаметром 35 мм и высотой 15 мм. Стенка имеет толщину 6 мм и крепится к линзе окуляра тремя равноотстоящими винтами 5 мм (рис. 2). К кольцу присоединен винт 6 мм (рис. 2/2), имеет одну штангу размером 20 мм. на 40 мм, толщиной 3 мм. В нем есть продолговатое отверстие длиной 25 мм и диаметром 6 мм, в которое крепится еще один рычаг с винтом 6 мм (рис. 2/4), что позволяет выровнять высоту камеры по центру окуляра микроскопа.Этот рычаг металлический, имеет толщину 3 мм, длину 200 мм и ширину 20 мм и содержит продолговатое отверстие диаметром 6 мм и длиной 25 мм (рис. 2/5). Винт 6 (рис. 2/6) используется для крепления камеры к системе. На рисунке 3 показано устройство в сборе. Результат можно наблюдать на рисунке 4, где изображение получено в оптический микроскоп с увеличением в 100 раз и увеличением камеры в 40 раз, всего в 4.000 раз. Таким образом можно лучше изучить детали исследуемого материала, что облегчит диагностику. С помощью тампона был взят материал слизистой оболочки носа охлажденного человека.Материал фиксировали метиловым спиртом и помещали в микроскоп с увеличением 400X и увеличением камеры 20X (рис. 5). Мы использовали АСМ, чтобы получить аналогичное изображение с тем же увеличением (рис. 6) с одного и того же слайда. Чтобы подтвердить величину этих изображений, было получено изображение калибровочной решетки АСМ с АСМ и микроскопом. Результаты представлены на рисунках 7 и 8. Оборудование для подключения цифровой камеры к оптическому микроскопу позволяет получать изображения с большим увеличением, что можно увидеть на рисунках 4 и 5.Это позволяет, например, получать изображения микрофилярий Stephanofilirias spp периферической крови человека, наблюдаемых только с увеличением в 4.000 раз (рис. 4) 8. Этот метод может быть полезен при диагностике нескольких видов инфекций, в том числе вирусных. Это оборудование позволяет исследовать непрозрачные материалы с помощью Epi-освещения и отличается от методики, разработанной для Piper 9, тем, что в нем используются адаптированные линзы и не увеличивается величина оптического микроскопа в пять или двадцать тысяч раз. как это происходит с техникой, использованной в этом…

Контекст 4

… Визуализация изображений в микроскоп имеет огромное значение в нескольких профессиональных сферах деятельности. Точно неизвестно, кто изобрел микроскоп, однако после его изобретения (XVII век) наше восприятие невидимого маленького мира стало совсем другим. Изобретение микроскопа приписывается Галилею, однако Левенгук усовершенствовал его и использовал в качестве живых существ. Первые микроскопы имели только одну стеклянную линзу, что позволяло увеличить изображение до 300 раз при разумной четкости, поэтому невидимый мир стал видимым для наших глаз.Простой микроскоп Левенгука, усовершенствованный Гуком, заработал плюс линзы, стал еще больше увеличивается еще на 1. Современные оптические микроскопы намного мощнее тех, что использовались учеными начала XVII века. Они оснащены двумя системами хрустальных линз (окулярной и объективной), которые позволяют увеличивать от 100 до 1000 раз. В обычных микроскопах линза объектива создает реальное изображение внутри трубы рядом с линзой окуляра, а окуляр используется для изучения уже увеличенного изображения, как если бы он смотрел на объект.И объектив, и окуляр вносят свой вклад в общее увеличение микроскопа. Следовательно, окуляр — это линза, которая служит для увеличения изображения, создаваемого линзой объектива, например, с окуляром в 10 раз, сопряженным с объективом в 30 раз, общее увеличение будет в 300 раз по сравнению с исходным размером объекта 2. Электронные микроскопы появились в 1932 году, быстро совершенствовались, теперь позволяют увеличивать от 5 тысяч до 500 тысяч раз. Разница между оптическими и электронными микроскопами в том, что в последнем вместо света используется пучок электронов.Хрустальные линзы были заменены катушками, названными электромагнитными линзами. Увеличенное изображение создается путем прохождения электронного луча через образец и проецируется на черно-белый монитор. Невозможно наблюдать за живым материалом. Образцы, используемые в этом типе микроскопа 3, должны быть высушены и покрыты очень твердыми специальными смолами для получения сверхтонких срезов. Оптические инструменты обладают ограничением длины волны видимого света. Сканирующий электронный микроскоп (SEM), способный работать в нанометрическом масштабе (1 нм = 10 -9 м), требует высокого вакуума с разрушающим действием для биологических образцов.Более того, они не дают хорошей информации о глубине. Сканирующий зондовый микроскоп (сканирующий зондовый микроскоп) состоит в основном из системы пьезоэлектрической керамики (пьезоэлектрической керамики, размер которой зависит от разности приложенных потенциалов). Изображение получается перемещением зонда по образцу. Движение контролируется системой обратной связи PID (пропорционально-дифференциальный интеграл). В процессе сканирования информация, полученная от системы управления и детектора положения зонда, используется для формирования изображения образца.Он имеет много типов СЗМ, например: СТМ (сканирующий туннельный микроскоп) 4 и АСМ (атомно-силовой микроскоп) и СБОМ (сканирующий оптический микроскоп ближнего поля). Наиболее часто используемым СЗМ является АСМ, зонд которого образован шатуном с иглой в его нижней части (шатун-игла называется кантилевером). Для СТМ используется платиновая проволока. Это оборудование способно получать изображения ядерных размеров. Сообщается о разрешении до 0,1 ангстрем 5. Инструмент для подключения фото- или кинокамеры к оптическому микроскопу, показанный на рисунке 1, прикреплен к камере окулярной линзы микроскопа.Это позволяет делать микроскопические фотографии или записывать видео материалов на предметных стеклах (рис. 1). Оптические микроскопы увеличивают изображение в 100, 200, 400 или 1000 раз. При подключении цифровой камеры регулировку масштабирования можно использовать для увеличения размера изображения в десять, двадцать и более раз, улучшая визуализацию и диагностику. Также это позволяет подключить микроскоп к проектору или телевизору, что позволяет визуализировать изображение другим людям. Это может быть очень полезно для дидактических процессов.Соединитель камер представляет собой металлическое кольцо с внутренним диаметром 35 мм и высотой 15 мм. Стенка имеет толщину 6 мм и крепится к линзе окуляра тремя равноотстоящими винтами 5 мм (рис. 2). К кольцу присоединен винт 6 мм (рис. 2/2), имеет одну штангу размером 20 мм. на 40 мм, толщиной 3 мм. В нем есть продолговатое отверстие длиной 25 мм и диаметром 6 мм, в которое крепится еще один рычаг с винтом 6 мм (рис. 2/4), что позволяет выровнять высоту камеры по центру окуляра микроскопа.Этот рычаг металлический, имеет толщину 3 мм, длину 200 мм и ширину 20 мм и содержит продолговатое отверстие диаметром 6 мм и длиной 25 мм (рис. 2/5). Винт 6 (рис. 2/6) используется для крепления камеры к системе. На рисунке 3 показано устройство в сборе. Результат можно наблюдать на рисунке 4, где изображение получено в оптический микроскоп с увеличением в 100 раз и увеличением камеры в 40 раз, всего в 4.000 раз. Таким образом можно лучше изучить детали исследуемого материала, что облегчит диагностику. С помощью тампона был взят материал слизистой оболочки носа охлажденного человека.Материал фиксировали метиловым спиртом и помещали в микроскоп с увеличением 400X и увеличением камеры 20X (рис. 5). Мы использовали АСМ, чтобы получить аналогичное изображение с тем же увеличением (рис. 6) с одного и того же слайда. Чтобы подтвердить величину этих изображений, было получено изображение калибровочной решетки АСМ с АСМ и микроскопом. Результаты представлены на рисунках 7 и 8. Оборудование для подключения цифровой камеры к оптическому микроскопу позволяет получать изображения с большим увеличением, что можно увидеть на рисунках 4 и 5.Это позволяет, например, получать изображения микрофилярий Stephanofilirias spp периферической крови человека, наблюдаемых только с увеличением в 4.000 раз (рис. 4) 8. Этот метод может быть полезен при диагностике нескольких видов инфекций, в том числе вирусных. Это оборудование позволяет исследовать непрозрачные материалы с помощью Epi-освещения и отличается от методики, разработанной для Piper 9, тем, что в нем используются адаптированные линзы и не увеличивается величина оптического микроскопа в пять или двадцать тысяч раз. как это происходит с техникой, использованной в этом…

Контекст 5

… Визуализация изображений в микроскоп имеет огромное значение в нескольких профессиональных сферах деятельности. Точно неизвестно, кто изобрел микроскоп, однако после его изобретения (XVII век) наше восприятие невидимого маленького мира стало совсем другим. Изобретение микроскопа приписывается Галилею, однако Левенгук усовершенствовал его и использовал в качестве живых существ. Первые микроскопы имели только одну стеклянную линзу, что позволяло увеличить изображение до 300 раз при разумной четкости, поэтому невидимый мир стал видимым для наших глаз.Простой микроскоп Левенгука, усовершенствованный Гуком, заработал плюс линзы, стал еще больше увеличивается еще на 1. Современные оптические микроскопы намного мощнее тех, что использовались учеными начала XVII века. Они оснащены двумя системами хрустальных линз (окулярной и объективной), которые позволяют увеличивать от 100 до 1000 раз. В обычных микроскопах линза объектива создает реальное изображение внутри трубы рядом с линзой окуляра, а окуляр используется для изучения уже увеличенного изображения, как если бы он смотрел на объект.И объектив, и окуляр вносят свой вклад в общее увеличение микроскопа. Следовательно, окуляр — это линза, которая служит для увеличения изображения, создаваемого линзой объектива, например, с окуляром в 10 раз, сопряженным с объективом в 30 раз, общее увеличение будет в 300 раз по сравнению с исходным размером объекта 2. Электронные микроскопы появились в 1932 году, быстро совершенствовались, теперь позволяют увеличивать от 5 тысяч до 500 тысяч раз. Разница между оптическими и электронными микроскопами в том, что в последнем вместо света используется пучок электронов.Хрустальные линзы были заменены катушками, названными электромагнитными линзами. Увеличенное изображение создается путем прохождения электронного луча через образец и проецируется на черно-белый монитор. Невозможно наблюдать за живым материалом. Образцы, используемые в этом типе микроскопа 3, должны быть высушены и покрыты очень твердыми специальными смолами для получения сверхтонких срезов. Оптические инструменты обладают ограничением длины волны видимого света. Сканирующий электронный микроскоп (SEM), способный работать в нанометрическом масштабе (1 нм = 10 -9 м), требует высокого вакуума с разрушающим действием для биологических образцов.Более того, они не дают хорошей информации о глубине. Сканирующий зондовый микроскоп (сканирующий зондовый микроскоп) состоит в основном из системы пьезоэлектрической керамики (пьезоэлектрической керамики, размер которой зависит от разности приложенных потенциалов). Изображение получается перемещением зонда по образцу. Движение контролируется системой обратной связи PID (пропорционально-дифференциальный интеграл). В процессе сканирования информация, полученная от системы управления и детектора положения зонда, используется для формирования изображения образца.Он имеет много типов СЗМ, например: СТМ (сканирующий туннельный микроскоп) 4 и АСМ (атомно-силовой микроскоп) и СБОМ (сканирующий оптический микроскоп ближнего поля). Наиболее часто используемым СЗМ является АСМ, зонд которого образован шатуном с иглой в его нижней части (шатун-игла называется кантилевером). Для СТМ используется платиновая проволока. Это оборудование способно получать изображения ядерных размеров. Сообщается о разрешении до 0,1 ангстрем 5. Инструмент для подключения фото- или кинокамеры к оптическому микроскопу, показанный на рисунке 1, прикреплен к камере окулярной линзы микроскопа.Это позволяет делать микроскопические фотографии или записывать видео материалов на предметных стеклах (рис. 1). Оптические микроскопы увеличивают изображение в 100, 200, 400 или 1000 раз. При подключении цифровой камеры регулировку масштабирования можно использовать для увеличения размера изображения в десять, двадцать и более раз, улучшая визуализацию и диагностику. Также это позволяет подключить микроскоп к проектору или телевизору, что позволяет визуализировать изображение другим людям. Это может быть очень полезно для дидактических процессов.Соединитель камер представляет собой металлическое кольцо с внутренним диаметром 35 мм и высотой 15 мм. Стенка имеет толщину 6 мм и крепится к линзе окуляра тремя равноотстоящими винтами 5 мм (рис. 2). К кольцу присоединен винт 6 мм (рис. 2/2), имеет одну штангу размером 20 мм. на 40 мм, толщиной 3 мм. В нем есть продолговатое отверстие длиной 25 мм и диаметром 6 мм, в которое крепится еще один рычаг с винтом 6 мм (рис. 2/4), что позволяет выровнять высоту камеры по центру окуляра микроскопа.Этот рычаг металлический, имеет толщину 3 мм, длину 200 мм и ширину 20 мм и содержит продолговатое отверстие диаметром 6 мм и длиной 25 мм (рис. 2/5). Винт 6 (рис. 2/6) используется для крепления камеры к системе. На рисунке 3 показано устройство в сборе. Результат можно наблюдать на рисунке 4, где изображение получено в оптический микроскоп с увеличением в 100 раз и увеличением камеры в 40 раз, всего в 4.000 раз. Таким образом можно лучше изучить детали исследуемого материала, что облегчит диагностику. С помощью тампона был взят материал слизистой оболочки носа охлажденного человека.Материал фиксировали метиловым спиртом и помещали в микроскоп с увеличением 400X и увеличением камеры 20X (рис. 5). Мы использовали АСМ, чтобы получить аналогичное изображение с тем же увеличением (рис. 6) с одного и того же слайда. Чтобы подтвердить величину этих изображений, было получено изображение калибровочной решетки АСМ с АСМ и микроскопом. Результаты представлены на рисунках 7 и 8. Оборудование для подключения цифровой камеры к оптическому микроскопу позволяет получать изображения с большим увеличением, что можно увидеть на рисунках 4 и 5.Это позволяет, например, получать изображения микрофилярий Stephanofilirias spp периферической крови человека, наблюдаемых только с увеличением в 4.000 раз (рис. 4) 8. Этот метод может быть полезен при диагностике нескольких видов инфекций, в том числе вирусных. Это оборудование позволяет исследовать непрозрачные материалы с помощью Epi-освещения и отличается от методики, разработанной для Piper 9, тем, что в нем используются адаптированные линзы и не увеличивается величина оптического микроскопа в пять или двадцать тысяч раз. как это происходит с техникой, использованной в этом…

Детали светового микроскопа — как работают световые микроскопы

Световой микроскоп, будь то простой студенческий микроскоп или сложный исследовательский микроскоп, имеет следующие основные системы:

  • Контроль образца — удерживайте и управляйте образец столик — где образец лежит зажимы — используется для удержания образца на предметном столике (поскольку вы смотрите на увеличенное изображение, даже малейшие движения образца могут переместить части изображения за пределы вашего поля зрения. Посмотреть.) микроманипулятор — устройство, которое позволяет вам перемещать образец контролируемыми небольшими шагами по осям x и y (полезно для сканирования слайда)
  • Освещение — пролить свет на образец (простейшая система освещения — зеркало который отражает свет помещения через образец.) лампа — излучает свет (Обычно лампы представляют собой лампы накаливания с вольфрамовой нитью. Для специальных применений могут использоваться ртутные или ксеноновые лампы для получения ультрафиолетового света.Некоторые микроскопы даже используют лазеры для сканирования образца.) реостат — изменяет ток, подаваемый на лампу, для управления интенсивностью производимого света конденсатор — система линз, которая выравнивает и фокусирует свет от лампы на диафрагмы образца или отверстия-точечные отверстия — размещаются на пути света для изменения количества света, попадающего в конденсатор (для усиления контраста изображения) Схема типичного студенческого светового микроскопа, показывающая части и путь света
  • Линзы — формируют изображение Линза объектива — собирает свет от образца Окуляр — передает и увеличивает изображение от линзы объектива к вашему глазу револьвер — вращающееся крепление, на котором крепится множество линз объектива Трубка — удерживает окуляр на нужном расстоянии от линзы объектива и блокирует рассеянный свет
  • Фокус — установите линзу объектива на правильном расстоянии от образца грубый — ручка фокусировки — используется для переноса объекта в фокальную плоскость линзы объектива. — ручка точной фокусировки — используется для точной настройки фокусировки изображения. оптических частей на фиксированном расстоянии и совмещает их. base — выдерживает вес всех частей микроскопа. Трубка соединена с кронштейном микроскопа посредством реечной передачи.Эта система позволяет фокусировать изображение при смене объективов или наблюдателей и отодвигать линзы от предметного столика при смене образцов.

Некоторые из упомянутых выше деталей не показаны на схеме и различаются в зависимости от микроскопа. Микроскопы бывают двух основных конфигураций: вертикальные и перевернутые. Микроскоп, показанный на схеме, представляет собой вертикальный микроскоп , который имеет систему освещения под предметным столиком и систему линз над предметным столиком. Инвертированный микроскоп имеет систему освещения над предметным столиком и систему линз под предметным столиком.Инвертированные микроскопы лучше подходят для просмотра толстых образцов, таких как чашки с культивированными клетками, потому что линзы могут приближаться к дну чашки, где клетки растут.

Световые микроскопы могут обнаруживать структуры живых клеток и тканей, а также неживых образцов, таких как горные породы и полупроводники. Микроскопы могут быть простыми или сложными по конструкции, а некоторые могут выполнять более одного типа микроскопии, каждый из которых дает немного различающуюся информацию. Световой микроскоп значительно расширил наши биомедицинские знания и продолжает оставаться мощным инструментом для ученых.

Связанные статьи HowStuffWorks

Другие замечательные ссылки

Общая информация

Учебные пособия и виртуальные микроскопы

Организации, образовательная информация, отраслевые ресурсы

Части стереомикроскопа (обнаруживающая диаграмма, функции) , и как им пользоваться

Шаринг — это забота!

В этой статье мы рассмотрим структуру стерео (рассекающего) микроскопа и объясним вам, как работает каждая часть, чтобы получить увеличенные трехмерные изображения.Мы также поможем вам использовать его шаг за шагом. Есть еще несколько отличных идей о том, на что смотреть в стереомикроскоп.

Что такое стереомикроскоп и его применение

Стереомикроскопы (также называемые диссектирующим микроскопом) отличаются от других световых микроскопов для наблюдения за «трехмерными» объектами. К ним относятся существенные образцы, такие как насекомые, перья, листья, камни, песчинки, драгоценные камни, монеты, марки и т. Д. Функционально стереомикроскоп похож на мощное увеличительное стекло.В отличие от составного микроскопа, который предлагает плоское изображение, стереомикроскопы дают зрителю трехмерное изображение, на котором можно увидеть текстуру более крупного образца.

[На этом изображении] Примеры стереомикроскопов и диссектирующих микроскопов.
Все основные бренды микроскопов (Zeiss, Olympus, Nikon, Amscope, Omano, Leica…) производят стереомикроскопы.
Источник фото: AOMEKIE, Bresser, Swift


Название «стерео» происходит от термина «стереоскопический», что означает просмотр под двумя разными углами для создания впечатления глубины и твердости .Из-за этого настоящие стереомикроскопы выпускаются только в бинокулярном и тринокулярном стилях. Этот тип микроскопа может обеспечить большое рабочее расстояние для размещения более крупных объектов и позволяет пользователям манипулировать объектами под микроскопом. Вы можете найти множество применений, таких как рассечение, микрохирургия, изготовление миниатюр и микрогравировка. Поэтому его еще называют «Рассекающий микроскоп».

[На этом рисунке] Анатомия составного микроскопа по сравнению со стереомикроскопом (рассекающим).


Как работают стереомикроскопы?

Принцип работы стереомикроскопии зависит от двух световых путей, проходящих через объективы и окулярные линзы. Каждый световой путь обеспечивает разный угол обзора (обычно от 10 до 12 градусов) для каждого нашего глаза. Наш мозг обрабатывает эти два очень похожих, но немного разных ракурса изображения в трехмерное зрение.

[На этом изображении] Концепция трехмерного зрения одинакова как для трехмерных фильмов, так и для стереомикроскопов.Ключ в том, чтобы представить нашему мозгу два изображения под немного другим углом.
Источник фото: dailymotion

См. Также: Greenough и Common Main Objective-style рассекающих микроскопов

Разница между составным и стерео (диссектирующим) микроскопом

В отличие от составного микроскопа, который может видеть только очень тонкий образец, стереомикроскопы можно использовать для просмотра практически всего, что под них поместится. Однако стереомикроскопы предлагают меньшее увеличение, обычно 5-50-кратное, по сравнению с составными микроскопами.Ниже приведен пример, показывающий разницу между просмотром с помощью сложного и стереомикроскопа.

[На этом рисунке] Глядя на голову комара под сложным и стереомикроскопом.
Стереомикроскоп позволяет увидеть поверхность образцов в трехмерном изображении. Под стереомикроскопом вы можете увидеть металлическую текстуру и цвета сложных глаз комара. Напротив, свет должен проходить через образец, чтобы сформировать изображение под сложным микроскопом.В этом случае область сложных глаз слишком толстая для формирования четкого изображения.
Право Изображение предоставлено: д-р Гарет Пол Джонс.


Характеристики стерео и составного микроскопа

Стереомикроскоп Составной микроскоп
Два отдельных объектива Один объектив
Два отдельных оптических пути Один оптический путь
Отображение света, отраженного от объекта Отображение света, прошедшего через объект
Работа с толстыми твердыми образцами Требуются тонкие, разрезанные образцы
Типичный диапазон увеличения от 5x до 50x Типичный диапазон увеличения от 40x до 1000x
3D-изображения 2D-изображения

Что можно увидеть под стереомикроскопом?

Когда вам понадобится стереомикроскоп? Для просмотра более крупных образцов вам понадобится стереомикроскоп.Кроме того, вам не нужно делать предметное стекло для стереомикроскопов.

[На этом изображении] Примеры объектов, отображаемых под стереомикроскопом.
(верхний ряд) перо попугая, печатная плата, звездчатый песок, кристаллы и украшения. (Нижний ряд) листья, клубника, пчелы, счета и отпечатки пальцев.


Использование стереомикроскопов

Благодаря их способности рассматривать мелкие объекты в 3D, стереомикроскопы могут использоваться в различных приложениях, особенно когда операторам необходимо видеть крошечные объекты и манипулировать ими в реальном времени.

  • Хирургия. Для точной микрохирургии, особенно для операций на головном мозге, требуется медицинский стереомикроскоп.
  • Патология — Патологи используют стереомикроскопы для изучения кожных заболеваний.
  • Биологические исследования — Основные инструменты для помощи при вскрытии и наблюдении, например, энтомология и ботаника.
  • Палеонтология — палеонтологи используют стереомикроскопы при очистке и анализе окаменелостей.
  • Оценка произведений искусства и ювелирных изделий — Стереомикроскопы можно использовать для оценки стоимости произведений искусства.
  • Производство и контроль качества. Стереомикроскопы используются во всех отраслях промышленности для проверки качества продукции, включая поиск микротрещин или ремонт печатных плат.
  • Часовое дело — Стереомикроскопы полезны в часовом деле из-за хрупкости и небольшого размера компонентов.

Обозначенная часть схемы стереомикроскопа

Основные структурные части стереомикроскопа

Стереомикроскоп состоит из трех основных структурных частей.

  • Смотровая головка включает в себя верхнюю часть микроскопа, в которой находятся наиболее важные оптические компоненты, включая окуляр, линзу объектива и источник света микроскопа.
  • База Base действует как основание микроскопа и место для хранения образцов.
  • Рычаг соединяет основание и части головы в качестве позвоночника.

    Примечание. При переноске микроскопа всегда поднимайте его, удерживая одновременно кронштейн и основание, как показано на рисунке ниже.


Оптические компоненты стереомикроскопа — определение и функции

Оптические части стереомикроскопа работают вместе, увеличивая и создавая трехмерное изображение образцов. К этим частям относятся:

Окуляры

Окуляр (или окулярная линза) — это часть линзы в верхней части микроскопа, через которую смотрит зритель. Обычно стандартные окуляры для препаровального микроскопа имеют 10-кратное увеличение. Доступны дополнительные окуляры с разным увеличением, обычно от 5x до 30x.

Помимо увеличения, некоторые окуляры имеют маркировку «WF», которая означает, что окуляр обеспечивает широкое поле зрения. Это означает, что при просмотре образца пользователь будет видеть более широкие области по сравнению с полем зрения, воспринимаемым с помощью других окуляров. Некоторые из наиболее распространенных номеров полей — 18 и 20 мм. Хотя ни увеличение, ни разрешение не увеличиваются, более широкое поле зрения позволяет пользователю видеть больше.

Чтобы иметь трехмерное изображение, стереомикроскопы бывают только бинокулярного и тринокулярного стилей.Монокулярного стереомикроскопа нет.

Примечание. Хотя окулярные линзы и линзы объектива также можно найти в составном микроскопе, обмен этими оптическими компонентами между составным и стереомикроскопом невозможно из-за различий в диаметре и конструкции.

Окулярная трубка

Окулярная трубка удерживает окулярные линзы в нужном месте, которое идеально совмещается с линзами объектива.

Кольцо диоптрийной настройки

Окуляры бинокулярных микроскопов обычно имеют кольцо диоптрийной настройки, которое позволяет исправить несоответствия зрения между двумя глазами.Регулируя его, оба глаза могут видеть четкое изображение.

[На этом изображении] Отрегулируйте кольца диоптрий, чтобы компенсировать разницу в видении правого и левого глаза.
Источник фото: Nikon


Межзрачковая юстировка

Бинокулярные микроскопы также должны поворачиваться (межзрачковая юстировка), чтобы обеспечить различное расстояние между глазами разных людей.

[На этом изображении] Чтобы избежать усталости, отрегулируйте расстояние между левым и правым окулярами по вашему лицу.Посмотрите в окуляры, совместите левое и правое поля зрения друг с другом.
Источник фото: Nikon


Линзы объектива

Линзы объектива — это основные оптические линзы для визуализации образцов на микроскопе. Линзы объектива собирают свет, проходящий через образец, и фокусируют световой луч для формирования увеличенного изображения. Линзы объектива — самые важные части микроскопа.

По сравнению с составным микроскопом, в котором объективы, прикрепленные к револьверной головке, можно увидеть и идентифицировать индивидуально (на основе цветных полос и их соответствующих меток), объективы препаровального микроскопа расположены в цилиндрическом конусе и, следовательно, не являются непосредственно видимый.Для стереомикроскопа, который поставляется с несколькими наборами линз объектива (стиль с фиксированным увеличением), цилиндрический конус можно повернуть для регулировки увеличения (обычно в диапазоне от 1x до 5x).

Примечание. Общее увеличение можно рассчитать, умножив силу увеличения линзы объектива на силу увеличения линзы окуляра.

Подробнее: Гриноу против общей основной цели

Внутри головки стереомикроскопа находится больше оптических компонентов, которые мы не видим.Как правило, в стереомикроскопах есть два типа оптических систем: оптическая система Greenough и оптическая система Common Main Objective (CMO) .

[На этом изображении] Сравнение оптических систем Гриноу и общего главного объектива (CMO).
Источник фото: Spie


Стереомикроскопы Гриноу имеют два полностью отдельных оптических пути. Есть две линзы объектива, которые можно соединить с двумя линзами окуляра в цилиндрическом конусе стереомикроскопов.Два световых пути падают на объект с разницей в 15 градусов. Человеческий мозг способен генерировать трехмерное изображение с помощью оптического пути и углового смещения.

Стереомикроскопы CMO или «параллельного типа» не имеют двойных линз; Вместо этого микроскоп имеет только одну линзу объектива с большим диаметром, через которую проходят световые пути как для левого, так и для правого глаза. Вот почему мы назвали это «Общая главная цель». Вообще говоря, стиль CMO более гибкий, но и более дорогой.Такой микроскоп лучше подходит для микрофотографии, чем микроскоп Гриноу.

Линза Барлоу
В дополнение к линзам объективов некоторые препаровальные микроскопы могут использовать аксессуары, такие как линзы Барлоу. По сути, линзы Барлоу — это вспомогательные линзы, которые можно использовать для увеличения или уменьшения общего увеличения.

[На этом изображении] Линза Барлоу 0,5x, которая увеличивает поле зрения и увеличивает рабочее расстояние.
Источник фото: Omax


Например, линза Барлоу с увеличением 2x увеличивает общее увеличение в два раза.С другой стороны, линза Барлоу 0,5x уменьшает общее увеличение, но увеличивает как рабочее расстояние, так и поле зрения, что может быть полезно при определенных обстоятельствах.

Этот аксессуар можно легко установить на препаровальный микроскоп, просто установив его в отверстие для объектива с резьбой (в цилиндрическом конусе, в котором находятся объективы).

[На этом изображении] Установите линзу Барлоу перед линзой объектива.
Источник фото: Amazon


Регулировочные ручки
На препаровальном микроскопе есть два вида регулировочных ручек:

Ручка фокусировки
При повороте этой ручки (также известной как грубая ручка) головка микроскопа (и таким образом, объективы) можно поднимать или опускать, фокусируя изображение.Обычно головка микроскопа перемещалась вверх и вниз по направляющей. Эта особенность особенно характерна для передней части жесткого рычага.

Ручка масштабирования
Ручка масштабирования обычно расположена с обеих сторон головки микроскопа, чуть ниже окуляров. Поворачивая ручку масштабирования, мы можем приблизить конкретную область, чтобы рассмотреть ее поближе.

При использовании ручки масштабирования может измениться фокусное расстояние. По этой причине пользователю, возможно, придется заново отрегулировать ручку фокусировки, чтобы сфокусировать изображение.

Источники света
В зависимости от использования микроскопов, некоторые препаровальные микроскопы имеют только верхнее освещение, в то время как другие имеют как потолочные источники света, так и источники света на сцене. Есть переключатели света и регулятор интенсивности для регулировки света и, таким образом, увеличения или уменьшения яркости и увеличения контрастности и т. Д.

Иногда для управления освещением с определенного направления используется внешний волоконно-оптический источник освещения. Это полезно для микрохирургии и рассечения.

[На этом изображении] Два распространенных осветительных прибора для препаровальных микроскопов.
(Слева) Кольцевой свет обычно используется в качестве верхнего источника света. (Слева) Волоконно-оптический микроскопический осветитель может направлять свет с выбранного направления / угла.
Источник фото: AmScope, AmScope


Пластина предметного столика
Пластина предметного столика находится под линзой объектива. Здесь помещается образец для просмотра. Некоторые стереомикроскопы оснащены двусторонними черно-белыми пластинами предметного столика для обеспечения соответствующего контраста с исследуемым образцом.

Микросхемы предметного столика
Зажимы предметного столика помогают удерживать слайды или другие тонкие предметы на месте на предметном столике.

Как пользоваться стереомикроскопом (рассекающим)

Чтобы задействовать стереомикроскопы, выполните следующие действия:

1. Установите микроскоп на стол или другую плоскую прочную поверхность, где у вас будет много места для работы.

2. Вставьте шнур питания микроскопа в розетку, убедившись, что лишний шнур убран, чтобы никто не споткнулся о него или не оторвал от стола.

3. Включите источники света. Для предметных стекол микроскопа или других прозрачных объектов лучше всего подойдет нижнее освещение. Если образец, который вы просматриваете, непрозрачный или твердый (свет не может проходить через него снизу), используйте верхнее освещение, чтобы свет мог отражаться от поверхности образца.

4. Поместите образец в центр пластины предметного столика. Если образец тонкий и плоский, попробуйте закрепить его зажимами для предметного столика. Если ваш образец больше, чем пластина предметного столика, вам может потребоваться вывернуть зажимы предметного столика, чтобы они свисали со предметного столика, давая вам больше места для работы.

5. Для светлых полупрозрачных образцов, таких как кристаллы, используйте либо черную сторону пластины предметного столика (если она двусторонняя), либо кусок плотной бумаги темного цвета для обеспечения контраста.

6. Отрегулируйте окуляры (кольцо диоптрийной регулировки и межзрачковое регулирование) так, чтобы вам было удобно смотреть в микроскоп.

7. Если ваш стереомикроскоп имеет вращающуюся револьверную головку объектива (для микроскопов с фиксированным увеличением), поверните ее к тому объективу, который вы хотите использовать.Чтобы определить увеличение вашего микроскопа, умножьте увеличение линзы окуляра на увеличение линзы объектива. Например, общее увеличение для окуляра 10x и линз объектива 2x составляет 20x (10 * 2). Обычно рекомендуется начинать с малого увеличения для более широкого обзора.

8. Если вы используете диссекционный микроскоп с усиленным зумом, поверните ручку зума до подходящего увеличения (также учитывайте поле зрения и рабочее расстояние).

9.Глядя в окуляры, медленно поворачивайте ручку фокусировки, пока образец не появится в поле зрения. Как только вы увидите очертания образца, поверните его еще медленнее, чтобы сфокусироваться как можно резче. Если вы ничего не видите, попробуйте немного переместить образец на пластине предметного столика, чтобы убедиться, что он находится прямо под линзой объектива, а затем попробуйте снова сфокусироваться.

10. После того, как вы сфокусировались на образце, вы можете перемещать его, чтобы увидеть другие его части. Возможно, вам придется немного перефокусировать внимание на каждой новой области.Если вы измените масштаб, вам может потребоваться и перефокусировка.

11. Когда вы закончите пользоваться микроскопом, выключите переключатель, извлеките образец, отсоедините шнур питания и накройте микроскоп пылезащитной крышкой. Храните микроскоп в подходящем месте.

[В этом видео] Стереомикроскопы : советы и хитрости.


Научные идеи по использованию стереомикроскопа

Предлагаемые ниже предложения — это лишь некоторые вещи, которые вы можете увидеть с помощью стереомикроскопа.

Примечание: чашки Петри отлично подходят для просмотра живых или грязных объектов под стереомикроскопом.

[На этом изображении] Исследователь изучает искусственно созданные ткани, растущие в чашке, заполненной питательной средой.


1. Изучите повадки живых насекомых

Соберите насекомых в чашку Петри и накройте ее крышкой, чтобы насекомые не убежали. Помните: не причиняйте им вреда.

[В этом видео] Как наблюдать за насекомыми с помощью стереомикроскопа


2.Изучите каплю воды в пруду на предмет наличия микроорганизмов.

Соберите пробы воды с дна водоема или пруда. Некоторые более крупные микроорганизмы, которые идеально подходят для поиска, — это дафнии (водяные блохи), веслоногие рачки, тихоходки (водяные медведи), плоские черви, гидры и молодые водные насекомые. Внимательно наблюдайте за ними, пока эти крошечные существа плавают, ныряют и едят.

3. Яйца рассольных креветок

Морские креветки обычно выводятся из яиц в качестве корма для мелких рыб. Найти его можно в любом водном магазине.

[В этом видео] Как вырастить молодых рассольных креветок


4. Изучите образец почвы / песка, чтобы увидеть различные материалы, из которых он состоит.

Особенно интересны почвы с большим содержанием песка или глины. Возможно, вы даже захотите собрать образцы почвы / песка из нескольких разных мест и сравнить то, что вы видите.

5. Сравните типы минералов и кристаллов в различных образцах горных пород.

Вы можете отломать маленькие кусочки более крупных камней, сбив их вместе или используя кирку.

6. Рассеките цветок, чтобы узнать красоту всех его частей.

Тщательно рассеките каждую часть цветка иглами и пинцетом. Если на цветке было много пыльцы, попробуйте собрать пыльцу в чашку Петри и проверить ее под микроскопом. Сделайте то же самое со спорами папоротников.

7. Смотрите, что вы едите.

Многие фрукты и овощи имеют уникальную и интересную структуру и текстуру. Также обратите внимание на разные семена и зерна.

8. Ищите предметы повседневного обихода, чтобы изучить их структуру.

Сделайте подготовленный слайд из пера, волос, ниток, соли, сахара или чего-то еще, приклеив его к кусочку прозрачной ленты и рассматривая образец стороной вверх. Также обратите внимание на мыльные пузыри и кубики льда в чашке Петри. Вы увидите мир под микроскопом!

9. Охота за звездной пылью на заднем дворе

Ежедневно на Землю падает около 60 тонн пыли от астероидов, комет и других материалов.Эти крошечные металлические инопланетные камни различной формы, текстуры и цвета известны как микрометеориты. Микрометеориты обычно имеют высокое содержание железа, что означает, что они магнитные. Вы можете найти магнитный материал (в том числе потенциальные микрометеориты) на месте с помощью портативного магнита.

[На этом изображении] Два микрометеорита (размером около 0,33 миллиметра), найденные среди обломков городских территорий Джоном Ларсеном из проекта «Звездная пыль».
Источник фото: Eos


Распечатайте копии нашей таблицы наблюдений с помощью стереомикроскопа, чтобы помочь вам записать данные этих исследований!

На что следует обратить внимание при выборе стереомикроскопа

1.Какие у вас приложения?

Как мы уже упоминали выше, стереомикроскопы и составные микроскопы совершенно разные. Поэтому убедитесь, что ваши приложения подходят для стереомикроскопов.

Стереомикроскопы особенно полезны для биологов и врачей, выполняющих микродиссекцию, техников, ремонтирующих печатные платы, палеонтологов, исследующих окаменелости, и всех, кому нужно работать руками или инструментами над небольшими объектами, но достаточно большими, чтобы их можно было увидеть или обработать без с помощью составного микроскопа высокой мощности.Таким образом, у стереомикроскопов есть очень широкий набор потенциальных применений во многих отраслях промышленности.

2. Какое увеличение вам нужно?

Существует два основных типа стереомикроскопов в зависимости от увеличения — с фиксированным увеличением и с коэффициентом увеличения .

Стереомикроскопы с фиксированным увеличением имеют заданное количество объективов с фиксированным положением и предлагают только варианты увеличения, указанные на объективах; ничего между ними. Они просты в использовании (вам не нужно беспокоиться о фокусировке), но в то же время им не хватает гибкости.Иногда вы можете увидеть стереомикроскоп «Dual power». Это стереомикроскоп с фиксированным увеличением и двумя уровнями увеличения (обычно 10x / 30x или 20x / 40x). Просто поверните корпус объектива, чтобы установить желаемый уровень увеличения. Микроскопы с двойным увеличением — отличные стартовые микроскопы с более доступной ценой без ущерба для оптического качества.

С другой стороны, мощность масштабирования Стереомикроскопы обладают гораздо большей гибкостью, поскольку линзы объектива можно перемещать ближе или дальше от образца.Это позволяет использовать различные варианты увеличения в пределах максимального и минимального значений микроскопа, например от 6,5x до 45x. Они требуют более тонких уровней перефокусировки при изменении значений увеличения, поэтому их немного сложнее использовать, но они предлагают гораздо большую гибкость с точки зрения рабочего расстояния, увеличения и поля зрения.

3. Вам нужна микрофотография?

Как правило, стереомикроскопы, разработанные с использованием оптической системы Common Main Objective (CMO), лучше работают с камерами.

[На этом рисунке] Установка цифровой зеркальной камеры Nikon D70 на стереомикроскоп.


4. Использование цифрового микроскопа в качестве альтернативы.

Цифровые (или USB) микроскопы обеспечивают удобство и высокое качество изображений. С функциональной точки зрения цифровые микроскопы дают вам изображения, аналогичные изображениям с традиционных стереомикроскопов. Эти цифровые микроскопы также имеют большие преимущества для наружных и полевых исследований.

[На этом рисунке] Примеры коммерческих цифровых (или USB) микроскопов.
Фотография предоставлена ​​Amazon.


5. Прочие соображения

Как и при выборе составных микроскопов, при покупке стереомикроскопов обратите внимание на политику продавца в отношении обслуживания клиентов и ремонта.

Резюме

В этой статье мы рассмотрели функции, принцип и детали стерео (рассекающего) микроскопа. Вот несколько ключевых моментов:

  • Стереомикроскопы позволяют нам рассматривать крошечные объекты трехмерным зрением. Они полезны для изучения текстуры поверхности толстых твердых образцов.
  • Стереомикроскопы используют два световых пути, чтобы создать впечатление глубины и прочности. Существуют две основные конструкции: оптические системы Грино и оптические системы с общим основным объективом.
  • Увеличение у стереомикроскопов ниже, чем у составных микроскопов. Диапазон обычно составляет от 10x до 50x.
  • Общая мощность увеличения рассчитывается путем умножения увеличения окуляра и используемой линзы объектива.
  • В зависимости от того, как регулировать увеличение, стереомикроскопы делятся на стили с фиксированной мощностью и мощностью увеличения.
  • Линза Барлоу — распространенный аксессуар, который можно добавить для увеличения или уменьшения увеличения.
  • Источники света могут быть источниками света как сверху, так и снизу, а также сбоку. Выбор зависит от приложений.

Ссылки

«Введение в стереомикроскопию»

«Стереомикроскопы: сравнение Гринау с общим основным объективом»

«Подходят ли обычные стереомикроскопы для высококачественной фотографической документации?»

«На крыше, горстка городской звездной пыли» Лорен Дж.Молодой

Поделиться — это забота!

Детали и функции диссекционного стереомикроскопа


Обзор

Также известный как стереоскопический микроскоп, рассекающий микроскоп — это тип оптического микроскопа, обычно используемый для изучения трехмерных объектов (трехмерных объектов), а также для препарирования биологических образцов (например, насекомых, частей растений и т. Д.) При малом увеличении. от 2 до 100x в зависимости от микроскопа.

Основной отличительной чертой стереомикроскопов является то, что они содержат два отдельных световых пути, каждый из которых обеспечивает различный угол обзора.В результате пользователь получает возможность наблюдать трехмерные изображения исследуемого объекта.

Это делает его идеальным инструментом для просмотра внешних характеристик относительно более крупных объектов / образцов, вскрытия биологического образца, а также ремонта печатных плат и т. Д.


Основные части стереомикроскопа:


Детали и функции стерео / диссекционного микроскопа


Подставка / стойка


Штатив / кронштейн можно описать как «основу» микроскопа, учитывая, что он обеспечивает поддержку головной части микроскопа, соединяя ее с основанием микроскопа.

В зависимости от микроскопа штатив может представлять собой полый цилиндрический стержень или жесткий кронштейн кубовидной формы (продолговатый кубоид).

Шнур питания для падающего освещения может располагаться или исходить от самой верхней части стенда, позволяющей освещать образец сверху.

Помимо шнура питания, штатив / кронштейн может также состоять из направляющей для кронштейна, которая позволяет перемещать головку микроскопа вверх и вниз во время просмотра (фокусировки). Эта особенность особенно характерна для передней части жесткого рычага.

Некоторые из основных функций подставки / кронштейна включают:

· Поддержка головки — Как уже упоминалось, подставка является «основой» микроскопа, соединяющей основание микроскопа с головкой. Таким образом, он удерживает голову на месте, даже когда она движется вверх и вниз во время просмотра.

· Фокусировка — На жесткой штативе / кронштейне микроскопа ручка грубой фокусировки расположена на штативе. Поворачивая эту ручку, голова перемещается вверх или вниз, позволяя пользователю сосредоточиться на объекте.Однако на стойке с полыми цилиндрическими стержнями ручка не расположена непосредственно на стойке. В любом случае поворот ручки позволяет перемещать голову вверх или вниз во время фокусировки.

· Удерживает шнур питания. — Для некоторых препаровальных микроскопов штатив / кронштейн удерживает шнур питания. Здесь шнур обычно находится в верхней части подставки.

· Подъем / переноска — Для переноски, подъема или перемещения микроскопа пользователю (студентам, техническим специалистам и т. Д.) Часто рекомендуется держать инструмент за подставку / кронштейн и основание.Это связано с тем, что подставка прочная и обеспечивает достаточно места для удержания микроскопа при его перемещении или подъеме.


База

Основание — это нижняя часть микроскопа, которая поддерживает все остальные части микроскопа. Он широкий и тяжелый, что обеспечивает устойчивость при размещении микроскопа на столе / рабочем столе.

У некоторых из этих микроскопов основание может быть больше по сравнению с другими. Однако они выполняют те же функции.

Ниже приведены некоторые из основных функций основания:

Столик — В отличие от составного микроскопа, в котором столик и основание являются отдельными частями, основание препарирующего / стереомикроскопа также действует как столик. . Это часть микроскопа, на которую помещаются объекты / образец для просмотра.

В зависимости от микроскопа основание может также состоять из пары зажимов, используемых для удержания образца или предметного стекла на месте. Здесь зажимы предметного столика расположены в верхней части основания / предметного столика прямо под объективами.

Также стоит отметить, что, в отличие от предметного столика сложного микроскопа, основание / предметный столик препаровального микроскопа нельзя поднимать или опускать во время просмотра.

Опора — Как уже упоминалось, основание — это нижняя тяжелая часть микроскопа, которая обеспечивает опору для всего устройства. Это часть микроскопа, к которой прикреплена подставка, чтобы удерживать голову на месте.

Вес и ширина основания обеспечивают стабильность, необходимую для того, чтобы микроскоп оставался сбалансированным во время использования.Это гарантирует, что микроскоп не опрокинется, не опрокинется или не перевернется.


Остальные части сцены:

Помимо некоторых основных функций (поддержка и использование в качестве сцены), база также содержит ряд других компонентов, в том числе:

· Переключатель включения / выключения — Переключатель включения / выключения может быть расположен сбоку от основания микроскопа (обычно с правой стороны). Это часть микроскопа, используемая для включения или выключения осветителя.Перед выключением микроскопа всегда важно сначала снизить интенсивность света.

· Регулятор / контроль интенсивности света или ручки регулировки света. — В зависимости от типа микроскопа некоторые препаровальные микроскопы имеют только верхний свет, в то время как другие имеют как верхний, так и предметный источники света.

Для микроскопов, у которых есть только верхний источник света (где освещение идет сверху), тогда только один регулятор интенсивности света присутствует на одной стороне предметного столика.Используя этот элемент управления, пользователь может регулировать интенсивность света и, таким образом, увеличивать или уменьшать яркость или увеличивать контраст и т.д. друг друга за подставкой / кронштейном на основании (или с той же стороны, что и переключатель включения / выключения).

Одна из ручек — это ручка регулировки верхнего освещения, а другая — ручка регулировки сценического освещения. Как и регулятор интенсивности света, две ручки также используются для регулировки интенсивности света во время просмотра.

* Регулятор силы света также известен как реостатное управление светом.

Подсветка предметного столика — Как уже упоминалось, некоторые препаровальные микроскопы имеют два источника света, которые включают верхний свет и свет предметного столика. Для рассечения микроскопов с двумя источниками света источник света предметного столика размещается внутри основания. В этом случае над источником света располагается прозрачная стеклянная пластина, позволяющая свету проходить сквозь образец и достигать его.Стеклянная пластина обычно удерживается на месте плотным винтом, расположенным в центральной передней части основания.

Этот тип освещения обычно используется для просмотра полупрозрачного образца на предметном стекле.

Подъем / переноска — Как уже упоминалось, столик также позволяет безопасно поднимать и перемещать микроскоп. При переноске микроскопа студентам рекомендуется плотно опускать одну руку под основание, а другой рукой держать микроскоп за руку.

Обе части достаточно прочные, что позволяет перемещать микроскоп без повреждения какой-либо части микроскопа.

* Для рассекающего микроскопа с верхним светом (освещающим объект сверху) источник света, называемый падающим освещением, расположен на корпусе микроскопа за объективами.

Для некоторых микроскопов этот источник света может поставляться отдельно и поэтому не является частью микроскопа


Головка микроскопа


Голова, также известная как тело, представляет собой часть микроскопа, которая содержит верхнюю оптическую часть микроскопа.Помимо оптических частей, голова также состоит из нескольких подвижных частей. По этой причине при подъеме микроскопа важно не держаться за головку, чтобы не повредить эти детали.


Основные части и функции головки микроскопа:


Окуляры

Также известные как окулярные линзы, окуляры — это оптические компоненты микроскопа, расположенные ближе всего к глазам — часть микроскопа, через которую пользователь смотрит, чтобы наблюдать изображение объекта / образца.

Хотя окулярные линзы также можно найти в составном микроскопе, обмен этими оптическими компонентами между двумя типами микроскопов невозможен из-за различий в диаметре.

По сути, окуляр — это лупа, которая служит для увеличения изображения, проецируемого объективом. Таким образом, они помогают увеличить размер изображения для изучения деталей исследуемого объекта.

Расстояние между глазом наблюдателя и окулярной линзой, на котором пользователь может видеть все поле зрения, называется удалением выходного зрачка.Это расстояние составляет от 10 до 15 мм. Это особенно важно, так как предотвращает влияние ресниц на поле зрения, соприкасаясь с линзой окуляра.

Для тех, кто пользуется очками, однако, расстояние можно увеличить до 25–30 мм, отрегулировав наглазники / защитные очки окуляра.

В зависимости от типа используемых окуляров, некоторые из окуляров (например, 10-кратный безаберрационный окуляр с диоптрийной регулировкой) имеют несколько линз внутри окуляра, включая линзу глаза, двойную линзу, тройку линз и поле зрения. дуплет линз.

Более простые окуляры могут состоять только из линзы глаза и полевой линзы на месте.

Обычно окуляр имеет характеристики, информирующие пользователя об увеличении, которое окуляр обеспечивает среди других функций. Например, большинство окуляров обеспечивают десятикратное (10) увеличение. По этой причине пользователь может ожидать увидеть на окуляре 10-кратную характеристику.

Помимо увеличения, некоторые окуляры могут иметь маркировку «WF», что означает, что окуляр обеспечивает широкое поле зрения.По сути, это означает, что при просмотре объекта / образца пользователь будет видеть более широкие области по сравнению с полем зрения, воспринимаемым с помощью других окуляров.

Некоторые из наиболее распространенных номеров полей — 18 и 20 мм. Хотя ни увеличение, ни разрешение не увеличиваются, более широкое поле зрения позволяет пользователю видеть больше.

* Диоптрийная регулировка (расположена в нижней части окуляра) позволяет пользователю регулировать один окуляр и, таким образом, компенсировать разницу в видении между двумя глазами при просмотре через две линзы окуляра.

Еще одним важным аспектом окуляров является возможность регулировки межзрачкового расстояния (расстояния между двумя окулярами) для удобного размещения обоих глаз.

При регулировке этого расстояния (просто раздвигая или прижимая межзрачковый регулятор близко друг к другу), цель состоит в том, чтобы два поля (левое и полевое) стали одним целым при просмотре через окуляры.

Как только это будет достигнуто, можно приступить к настройке других функций (интенсивности света, увеличения, фокусировки и т. Д.) Для лучшего обзора.

Объективы, возможно, являются наиболее важным компонентом рассекающего микроскопа, поскольку они являются основными линзами, которые увеличивают объект, собирают свет и создают изображение, видимое на линзах окуляра. Как и окулярные линзы, линзы объективов большинства качественных микроскопов сделаны из стекла, которое является лучшим материалом по сравнению с пластиком.

По сравнению с составным микроскопом, в котором объективы, прикрепленные к револьверной головке, можно увидеть и идентифицировать индивидуально (на основе цветных полос и их соответствующих меток), объективы препаровального микроскопа расположены в цилиндрическом конусе и поэтому не видны напрямую.

Цилиндрический конус (в котором находятся объективы) можно поворачивать для регулировки увеличения.

Также имеется по одной линзе объектива для каждой линзы окуляра, что позволяет получать трехмерное изображение, получаемое при использовании этого микроскопа. При использовании стереомикроскоп может иметь две линзы объектива с возможностью увеличения от 1x до 4x (1x, 2x, 3x или 4x).

* Общее увеличение можно рассчитать, умножив силу увеличения линзы объектива на силу увеличения линзы окуляра.

Вспомогательная линза

Источник: Amazon:

Помимо линз объектива, в некоторые препаровальные микроскопы можно установить аксессуары, например линзы Барлоу. По сути, линзы Барлоу — это вспомогательные линзы, которые можно использовать для увеличения или уменьшения общего увеличения на определенный коэффициент.

Например, в то время как линза Барлоу с увеличением 2x увеличивает общее увеличение, линза Барлоу 0,5x уменьшает общее увеличение.Этот аксессуар можно легко установить на препаровальный микроскоп, просто вставив его в отверстие для объектива с резьбой (в цилиндрическом конусе, в котором находятся объективы).

Здесь рабочее расстояние должно быть увеличено или уменьшено в зависимости от используемой линзы Барлоу. Если установлена ​​линза Барлоу 0,5x, то рабочее расстояние должно быть увеличено, поскольку при уменьшении увеличения требуется большее рабочее расстояние.

Для большего увеличения (с помощью линзы Барлоу 2,0x) требуется меньшее рабочее расстояние, и поэтому головка микроскопа должна быть опущена.


Регулировочные ручки


Помимо регулировочных ручек, расположенных на основании препаровального микроскопа, есть другие ручки, расположенные на головке микроскопа, корпусе или штативе / кронштейне.

Эти ручки имеют различные функции, в том числе:

· Ручка фокусировки — В зависимости от микроскопа ручка фокусировки (также известная как ручка грубой настройки) может быть расположена на подставке / кронштейне микроскопа, особенно если микроскоп имеет жесткую консоль или расположен на корпусе микроскопа, обычный для микроскопов с полым цилиндрическим стержнем.Поворачивая эту ручку, можно поднимать или опускать головку микроскопа (и, следовательно, объективы), увеличивая рабочее расстояние. Медленно поворачивая эту ручку, можно также сфокусировать изображение.

· Ручка масштабирования — Ручка масштабирования расположена с обеих сторон головки микроскопа, чуть ниже окуляров. Используя ручку масштабирования, можно приблизить конкретную интересующую область в поле зрения, чтобы рассмотреть ее поближе.

При использовании ручки масштабирования может снизиться разрешение.По этой причине пользователю, возможно, придется заново отрегулировать ручку фокусировки, чтобы сфокусировать изображение.


Другие части препаровального микроскопа:

Головка / корпус препаровального микроскопа содержит несколько важных компонентов, которые скрыты внутри трубки.

К ним относятся:

· Призма — отклоняет свет и, таким образом, меняет ориентацию изображения

· Реле линзы — служат для инвертирования изображения, а также расширения системы формирования изображения

· Прицельная сетка — это небольшой кусок стекла с сеткой, используемый для измерения


Как использовать стереомикроскоп

Как уже упоминалось, препарирующий (стерео или инспекционный микроскоп) — это микроскоп с малым увеличением, который обычно используется для исследования образцов / объектов большего размера, таких как окаменелости, камни, насекомые, части растений и т. Д.

Здесь, однако, образцы, помещенные на предметные стекла, также можно рассматривать с помощью микроскопа этого типа. В зависимости от типа исследуемого образца / объекта препаровальный микроскоп можно использовать по-разному.


Ниже приведены некоторые этапы использования препаровального микроскопа:

Прежде чем предпринимать какие-либо действия, важно отметить, что в зависимости от микроскопа препаровальный микроскоп может иметь два типа столиков.

  • Первый тип сцены может быть непрозрачной черной или белой сценой.Этот тип столика обычно используется для наблюдения за непрозрачными образцами / объектами.
  • Второй тип сцены — прозрачное или матовое стекло. Этот тип предметного столика позволяет свету снизу освещать образец (особенно образец, установленный на предметном стекле), так что затем свет собирается объективами, находящимися прямо над образцом.


Установить соответствующую ступень

Перед включением агрегата необходимо в первую очередь сменить ступень на соответствующую.Если ступень уже существует, то ее можно просто удалить, ослабив стопорный винт пластины ступени и заменив ее на соответствующую ступень.

Если предметный столик заменяется стеклянным предметным столиком, синий фильтр обычно вставляется в центр основания перед его установкой (стеклянным предметным столиком) на место. После того, как столик находится на месте, стопорный винт пластины столика затягивается, чтобы убедиться, что он удерживается на месте.

Убедитесь, что интенсивность света снижена до минимума — это важный шаг, который защищает лампу и позволяет ей прослужить дольше.


Включите прибор / микроскоп

Включите микроскоп с помощью выключателя, расположенного на одной стороне основания микроскопа. После того, как устройство было включено, следующий шаг включает включение или падающее или проходящее освещение (или и то, и другое, в зависимости от образца).


Опустите головку / корпус микроскопа

Используя ручку фокусировки (ручку грубой фокусировки), медленно опустите туловище / голову, которые удерживают объективы, до самого низа.Это особенно важно, поскольку помогает установить отправную точку.


Отрегулируйте межзрачковое расстояние

Просматривая окуляры / линзы, осторожно раздвиньте их или сдвиньте близко друг к другу / переместите внутрь или наружу (как в бинокль) и отрегулируйте их так, чтобы одно поле зрения оказалось в фокусе.

Учитывая, что образец / объект еще не установлен на столик, процесс настройки должен в конечном итоге дать один круг при просмотре через окуляры. поля обзора, которые изначально наблюдались (до уравнивания), объединяются и становятся одним полем обзора после уравнивания


Установите образец и сфокусируйте

Следующий шаг включает установку образца / объекта и фокусировку.Для данного образца используется только соответствующий тип освещения.

Для таких организмов, как Hydra (которую сначала нужно поместить на предметное стекло), для освещения можно использовать как падающее, так и проходящее освещение. Однако для непрозрачного объекта или образца (например, кусок камня и т. Д.) Для просмотра подходит падающее освещение.

После того, как образец помещен в центральную часть предметного столика (можно использовать зажимы предметного столика, чтобы удерживать предметное стекло на месте, если оно используется), можно начинать фокусировку.Для этого нужно медленно поворачивать ручку фокусировки, пока изображение не станет четким.

Учитывая, что корпус / головка микроскопа изначально были полностью опущены, при фокусировке необходимо медленно поднимать голову / корпус с помощью ручки фокусировки до тех пор, пока изображение не станет четким.


Увеличить

После того, как изображение окажется в фокусе с помощью ручки грубой фокусировки, ручку масштабирования можно использовать для увеличения заданной области исследуемого образца / объекта.

Если наблюдается гидра, то увеличение может позволить наблюдателю увеличить щупальца и лучше рассмотреть эти структуры.

Учитывая, что это может постепенно искажать изображение, вызывая его размытость, ручку фокусировки необходимо использовать снова, чтобы сфокусировать изображение.

* При необходимости интенсивность света можно отрегулировать с помощью регулировки интенсивности, чтобы увеличить или уменьшить интенсивность света или просто увеличить общую контрастность.

* В конце процесса просмотра всегда рекомендуется устанавливать минимальное масштабирование, уменьшать интенсивность света и выключать микроскоп (с помощью переключателя включения / выключения) и микроскоп. накрыть соответствующим микроскопом / сумкой.

Проверьте MicroscopeMaster в Интернете help:

Основы составного микроскопа

Схема / Детали / Функции составного микроскопа

Эксперименты на микроскопе для начинающих

Подготовка предметных стекол — стили и методы

Подготовленные предметные стекла — преимущества и рекомендации

Возврат на главную страницу стереомикроскопа

Возврат к стереомикроскопу против составного микроскопа

Возврат из раздела «Разделение частей и функций стереомикроскопа» на главную страницу «MicroscopeMaster»


Список литературы

Алан Хейл.(2007). Микроскопы.

Ki-Chul Kwon et al. (2010). Система отображения стереоскопического микроскопа высокой четкости 3D для биомедицинских приложений.

Роберт Н. Тригиано и Деннис Дж. Грей. (2016). Культура тканей растений, развитие и биотехнология.

Самут Пракан. (2007). TRD 06: Руководство пользователя стереомикроскопа.

Ссылки

Parts of Dissecting Microscope | Botany

Методы оптической и цифровой микроскопии и их применение в патологии

Анальный клеточный патол (Amst).Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 23 марта.

Опубликован в окончательной редакции как:

Xiaodong Chen

a Колледж точных инструментов, Тяньцзинский университет, Тяньцзин, Китай

c Центр биоинженерии и Школа электротехники и компьютерная инженерия, Университет Оклахомы, Норман, Оклахома, США

Бин Чжэн

b Кафедра радиологии, Университет Питтсбурга, Питтсбург, Пенсильвания, США

Хонг Лю

c Центр биоинженерии и школа Электротехника и компьютерная инженерия, Университет Оклахомы, Норман, Оклахома, США

a Колледж точных инструментов, Тяньцзинский университет, Тяньцзин, Китай

b Кафедра радиологии, Университет Питтсбурга, Питтсбург, Пенсильвания, США

c Центр биоинженерии и Школа электротехники и вычислительной техники, Университет Оклахомы, Норман, Оклахома, США

См. Другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Обычный оптический микроскоп был основным инструментом при патологических исследованиях. Современная цифровая патология сочетает в себе возможности микроскопии, электронного обнаружения и компьютерного анализа. Он обеспечивает высокую эффективность и точность клеточной, молекулярной и генетической визуализации для облегчения клинического скрининга и диагностики. В этой статье сначала рассматриваются фундаментальные концепции микроскопической визуализации и представлены технические особенности и связанные с ними клинические применения оптических микроскопов, электронных микроскопов, сканирующих туннельных микроскопов и флуоресцентных микроскопов.Обсуждается взаимодействие микроскопии с методами получения цифровых изображений. Последние разработки и будущие перспективы современных методов микроскопической визуализации, таких как трехмерная визуализация и визуализация in vivo , анализируются на предмет их клинического потенциала.

1. История развития микроскопа

Более 2000 лет назад, около века до нашей эры, люди уже обнаружили, что можно просматривать увеличенное изображение небольшого объекта с помощью прозрачной «линзы» сферической формы.Хотя одна выпуклая линза может увеличивать объект более чем в десять раз, этого совершенно недостаточно для того, чтобы люди могли четко наблюдать детали многих небольших объективов [1]. Ближе к концу XVI века голландский торговец очками Янссен и его сын вставили несколько линз в цилиндр и обнаружили, что объект значительно увеличивался, если смотреть через этот собранный цилиндр. Это был первый прототип современного микроскопа и телескопа. Основываясь на этом случайном открытии, Янссен разработал и собрал первый составной микроскоп с двумя выпуклыми линзами.Основная идея составного микроскопа заключается в том, что объект можно увеличивать последовательно двумя выпуклыми линзами.

Наблюдая за образцом мягкой древесины под микроскопом в 1665 году, британский ученый Роберт Гук неожиданно обнаружил, что этот образец изображает серию уникальных «элементов». Гук назвал их «клетками». Спустя годы новый микроскоп, сконструированный и собранный голландским ученым Энтони ван Левенгук, обеспечил гораздо более высокое увеличение, что позволило людям наблюдать значительно больше деталей клеток.Хотя он превосходил все предыдущие микроскопы, это не был еще один составной микроскоп, и на самом деле он использовал только одну выпуклую линзу. Однако благодаря превосходным производственным навыкам Левенгука эта специально изготовленная одинарная выпуклая линза позволила добиться увеличения более чем в 300 раз.

В последующие два столетия мощность увеличения, а также качество изображения составного микроскопа значительно улучшились. Это произошло, в частности, после того, как открытие и использование новых объективов в сборе позволило устранить или минимизировать хроматические и другие оптические аберрации.По сравнению с микроскопами, разработанными в 19 веке, обычные оптические микроскопы, используемые до сих пор, не имеют существенных различий или улучшений, потому что оптические микроскопы достигли максимального ограничения в пространственном разрешении.

Из-за большого диапазона или колебаний длины оптической волны никакие оптические приборы не могут создать идеальное изображение естественного объекта, даже если все дефекты формы при изготовлении оптических линз были устранены. Из-за неизбежной дифракции оптической волны, проходящей через микроскопическую линзу, любая точка, изображенная на объекте, больше не является точкой в ​​плоскости изображения, а является дифракционным пятном.Если два дифракционных пятна расположены слишком близко друг к другу, эти две точки нельзя будет различить. В таких обстоятельствах увеличение мощности увеличения линз микроскопических объективов не может еще больше увеличить пространственное разрешение микроскопов. Для микроскопов, использующих источники света в диапазоне видимых длин оптических волн, их пространственное разрешение ограничено 0,2 мкм. Таким образом, с помощью микроскопа этого типа невозможно различить какие-либо структуры размером менее 0,2 мкм.

Одним из подходов к увеличению пространственного разрешения микроскопов является уменьшение длины оптической волны или использование электронного луча вместо источника видимого света.Согласно теории волны материи де Бройля, движущиеся электроны подобны по своей природе флуктуациям оптических волн. Чем быстрее движутся электроны, тем короче «длина волны» выделяемой энергии. Если электроны могут быть ускорены в достаточной степени, а выделяемая энергия может быть сведена, движущийся электронный луч также может увеличивать объекты. Основываясь на этой концепции, немецкие инженеры Макс Кнолль и Эрнст Руска в 1938 г. собрали первый в мире просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) [2].Британский инженер Чарльз Оатли изготовил первый растровый электронный микроскоп (СЭМ) в 1952 году [3]. Электронная микроскопия была одним из важнейших изобретений 20 века. Поскольку электроны могут быть ускорены до очень высокой скорости, пространственное разрешение электронных микроскопов достигает 0,3 нм. В результате многие невидимые материалы (например, вирусы) в видимом свете становятся «видимыми» под электронным микроскопом.

В 1983 году два ученых из лаборатории IBM, Герд Биннинг и Генрих Рорер, изобрели сканирующий туннельный электронный микроскоп (СТМ) [4].Этот усовершенствованный микроскоп был построен с использованием совершенно иных концепций, чем те, которые используются в обычных микроскопах. СТМ работает на основе так называемого «туннельного эффекта». СТМ не имеет линзы; скорее, он использует зонд. Когда между зондом и наблюдаемым объектом добавляется напряжение, возникает туннельный эффект, если расстояние между зондом и поверхностью наблюдаемых объектов достаточно мало (т. Е. Измеряется в нанометрах). Когда электроны проходят через крошечное пространство между зондом и объектом, генерируется слабый электронный ток.Если расстояние между зондом и объектом меняется, сила тока также меняется. Следовательно, трехмерная форма объекта может быть обнаружена при измерении изменения электронного тока. Пространственное разрешение СТМ может достигать уровня одиночного атома.

2. Основная концепция микроскопического изображения

Несмотря на то, что было разработано много различных типов микроскопов, основную концепцию и структуру изображения можно просто проиллюстрировать на. Оптическая система микроскопа в основном состоит из линзы объектива и окуляров.Назначение линзы объектива — увеличить объект, чтобы пользователь мог его четко рассмотреть. Во время наблюдения образец помещается рядом с фокальной плоскостью линзы объектива в пространстве объекта, и сначала создается увеличенное реальное изображение образца на промежуточной плоскости. Промежуточная плоскость расположена на фокальной плоскости окуляра, поэтому окуляр работает как увеличительное стекло для дальнейшего увеличения изображения, проецируемого на промежуточную плоскость изображения. Наконец, для наблюдателя предоставляется увеличенное виртуальное перевернутое изображение.

Оптический принцип построения изображения микроскопа.

Для хорошо сконструированного микроскопа пространственное разрешение в основном определяется линзой объектива. Хотя окуляр также может увеличивать изображение, он не может улучшить разрешающую способность микроскопов. Пространственное разрешение оптического микроскопа определяется уравнением Рэлея следующим образом [5]:

Δ r 0 = 0,62λ ∕ n sin α

(1)

где Δ r 0 — минимальное разрешаемое расстояние, λ — длина волны источника света; n — показатель преломления между линзой и объектом, α — апертура на половину угла — половина наклона линзы к точкам объектива, а n × sin (α) — числовая апертура (NA) объектив.

В случае цифровых микроскопических систем изображение, увеличенное линзой объектива, получает непосредственно (или через релейную линзу) электронные детекторы, такие как детекторы CCD или CMOS [6, 7]. Электронные детекторы выбираются таким образом, чтобы шаг их пикселей был меньше увеличенного минимального разрешаемого расстояния, определяемого линзой объектива. Так что разрешающая способность микроскопа не ухудшается цифровыми детекторами.

На основании приведенного выше уравнения и с учетом следующих практических ограничений: (1) использование видимого света с длиной волны от 390 нм до 760 нм, (2) максимально доступная апертура с половинным углом 70–75 градусов. и (3) требование использования иммерсионных методов с водой или маслом для увеличения показателя преломления, разрешение обычного оптического микроскопа не может превышать 200 нм.

Поскольку длина волны электронной волны (луча) на несколько порядков меньше длины волны видимого света, разрешение микроскопа, использующего электронный луч, теоретически может достигать примерно 0,3 нм. По этой причине электронная микроскопия [8, 9] разработана на основе принципов электронной оптики, которая может отображать тонкую структуру объектов при очень большом увеличении за счет использования электронного луча и электронной линзы вместо оптической линзы. Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) является основным представителем электронных микроскопов.ТЕМ назван так потому, что электронный луч сначала проникает в образец, а затем усиливается линзой электронного формирования изображения для получения изображений. Его оптический путь аналогичен обычному оптическому микроскопу (как показано на). Пройдя через собирающую линзу, параллельный пучок электронов достигает образца. Когда электронный луч проходит через образец, он несет информацию, относящуюся к характеристикам образца. Электронное изображение сначала создается, когда электронный луч проходит через линзу объектива и контрастную апертуру.После того, как электронное изображение снова увеличивается с помощью промежуточной линзы и проекционной линзы, окончательное электронное изображение отображается на экране электронного монитора. Контраст электронного изображения определяется уровнем рассеяния электронного луча, когда он взаимодействует с атомами в образце. Электронный луч также меньше рассеивается на более тонких образцах или некоторых частях с меньшей плотностью. Таким образом, через апертуру линзы проходит больше электронов, что приводит к более яркому изображению. С другой стороны, более толстые образцы или более плотные части выглядят темнее на изображении.Если образец слишком толстый или слишком плотный, контраст изображения существенно снижается.

Сравнение оптической микроскопии и электронно-микроскопической системы.

3. Микроскопы, используемые в биомедицинских областях

Несмотря на то, что было разработано и применено большое количество микроскопов различных типов для различных целей, микроскопы фактически можно разделить на три категории: (1) оптические микроскопы, (2) электронные микроскопы, и (3) сканирующие туннельные электронные микроскопы, основанные на истории развития микроскопов.

3.1. Оптические микроскопы

На рисунке показан упрощенный путь оптической волны обычного оптического микроскопа. Современный оптический микроскоп может увеличивать объект в 1500 раз с пределом пространственного разрешения 0,2 мкм. Оптические микроскопы можно разделить на множество различных типов по множеству критериев. Например, по методу освещения бывают микроскопы пропускающего и отражающего типов. В просвечивающем микроскопе свет проходит через прозрачные объекты.В отражающем микроскопе источник света, установленный на верхней части линзы микроскопа, освещает непрозрачные объекты, а отраженный свет улавливается линзой. Микроскопы также могут быть дифференцированы на основе методов наблюдения, включая светлопольные микроскопы, темнопольные микроскопы, фазоразностные микроскопы, поляризованные световые микроскопы, интерференционные микроскопы и флуоресцентные микроскопы [5, 10–13]. Каждый микроскоп может использовать метод пропускания или отражения.Светлопольные микроскопы — самые популярные и широко используемые из всех микроскопов. При использовании этого типа микроскопа коэффициент пропускания (или поглощения) и коэффициент отражения некоторых наблюдаемых объектов меняются в зависимости от изменения рабочей среды. Амплитуда этих объектов меняется с изменением интенсивности освещения. Бесцветные прозрачные объекты видны только при изменении фазы освещенного света. Поскольку светопольные микроскопы не могут изменять световую фазу, бесцветные прозрачные образцы невидимы при использовании этого типа микроскопа.

Иллюстрация оптического пути микроскопа.

3.2. Электронные микроскопы

Разрешение электронных микроскопов обычно определяется небольшим расстоянием между двумя соседними и различимыми точками. В 1970-х годах просвечивающие электронные микроскопы смогли достичь разрешения 0,3 нм, в то время как предел разрешения человеческого глаза составляет около 0,1 мм. По сравнению с оптическими микроскопами, которые имеют максимальное увеличение в несколько тысяч раз, современные электронные микроскопы могут увеличить максимальное увеличение до более чем 300 миллионов раз.Используя электронные микроскопы, можно непосредственно наблюдать некоторые биологические структуры и / или атомные структуры клеток. Несмотря на превосходное пространственное разрешение по сравнению с оптическими микроскопами, электронные микроскопы должны работать в условиях вакуума. Таким образом, их нельзя использовать для наблюдения за образцами живой биологии. Кроме того, электронный луч может повредить освещенные образцы. Другие вопросы (например, оптимальное управление яркостью электронной пушки и улучшение качества электронных линз) все еще требуют исследований [14].

3.3. Сканирующие туннельные микроскопы

Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ) также называют «туннельным сканирующим микроскопом». Этот инструмент обнаруживает структуру поверхности объектов на основе туннельного эффекта квантовой механики. СТМ применяет очень тонкий наконечник (в единицах атома на его головке) для обнаружения поверхности образца. Поскольку игла находится очень близко к поверхности образца (<1 нм), атомы в головке иглы перекрываются с электронным облаком электронов на поверхности образца.Если между иглой и образцами приложено напряжение смещения, электроны будут проходить через барьер между иглой и образцом, генерируя туннельный ток порядка наноампер (10 -9 А). Контролируя расстояние между зондом и поверхностью образца и точно перемещая зонд по поверхности образца в трехмерном пространстве, детектор может записывать данные, относящиеся к морфологии поверхности, электронным состояниям поверхности и другой соответствующей информации о поверхности образца [15 ].STM обладает удивительной способностью достигать пространственного разрешения менее 0,1 нм в горизонтальном направлении и менее 0,001 нм в вертикальном направлении. Обычно, когда объекты находятся в твердом состоянии, расстояние между атомами обычно составляет от 0,001 нм до 0,1 нм. Благодаря этому СТМ позволяет ученым определять местонахождение отдельного атома и наблюдать за состоянием атомов и молекул в проводящем материале и структуре поверхности. Следовательно, СТМ обеспечивает значительно более высокое пространственное разрешение, чем другие подобные атомные микроскопы.С другой стороны, СТМ могут использовать кончик иглы зонда для точного управления атомами в условиях низкой температуры. Это позволяет использовать СТМ как в качестве инструмента измерения, так и в качестве технологического инструмента в нанометровой технологии [16–18]. Одной из уникальных характеристик СТМ является то, что впервые можно наблюдать статус перестановки атомов на поверхности объекта и связанные с ним физико-химические характеристики электронов на поверхности. Из-за широты и размаха перспектив в областях исследований и применения, связанных с науками о поверхности, материалах и биологических науках, изобретение СТМ было рассмотрено международным научным сообществом как одно из десяти наиболее важных достижений науки и техники. технологии в 1980-е гг.

Таким образом, увеличение разрешения микроскопов было активно преследуемой целью в области микроскопической визуализации. Используя эти три типа микроскопов, можно наблюдать биологические клетки и микроорганизмы с помощью оптического микроскопа, наблюдать вирусы с помощью электронного микроскопа и обнаруживать или визуализировать атомы с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

3.4. Флуоресцентные микроскопы

Хотя флуоресцентный микроскоп можно охарактеризовать как ветвь оптических микроскопов, он обладает множеством уникальных характеристик создания изображений и применения в областях исследований биомедицинской визуализации.В этом разделе это обсуждается более подробно. Флуоресцентный микроскоп [19] использует коротковолновый свет для освещения исследуемого образца и заставляет определенные объекты внутри образца излучать флуоресцентный свет. На основе полученного люминесцентного света можно наблюдать форму и расположение целевых объектов. Сравнивая разницу между флуоресцентным и обычным оптическими микроскопами, одно из основных различий заключается в том, что в флуоресцентном микроскопе используется высоковольтная ртутная лампа для освещения всего диапазона света с использованием метода проецирования, при котором свет проецируется на образец.Из-за обычно слабо отраженного флуоресцентного света микроскоп должен иметь большую числовую апертуру, чтобы можно было наблюдать за объектами. В результате числовая апертура флуоресцентных микроскопов больше, чем у обычных оптических микроскопов. Флуоресцентные микроскопы также имеют специальную систему фильтрации, включающую сборку светофильтров и отсекающих фильтров. В частности, флуоресцентный микроскоп имеет следующие уникальные характеристики или требования:

  • 1)

    Требуется источник света, имеющий достаточную мощность для излучения флуоресцентного света;

  • 2)

    Он оснащен набором оптических фильтров, которые удовлетворяют требованиям по стимулированию различных объектов излучением разного люминесцентного света.Путем выбора подходящей длины волны излучаемого света длина волны излучаемого света может совпадать с длиной волны поглощающего света, что приводит к максимальному выходу флуоресцентного света;

  • 3)

    Для получения слабых флуоресцентных изображений он оснащен набором светофильтров с отсечкой, которые позволяют только выбранному флуоресцентному свету проходить через систему формирования изображения и блокировать другие типы рассеянного света для увеличения отношение сигнал / шум системы; и

  • 4)

    Система оптического увеличения должна соответствовать характеристикам флуоресцентного света, чтобы в конечном итоге получить флуоресцентные изображения с наивысшим пространственным разрешением.

В связи с этими требованиями современный флуоресцентный микроскоп обычно собирается на основе конструкции дуплексного оптического микроскопа. Оснащенное флуоресцентное устройство включает в себя источник флуоресцентного света, путь излучения света, светофильтры стимуляции / излучения и другие компоненты.

  • 1)

    Флуоресцентный источник света: он обеспечивает источник света, который излучает свет в определенном диапазоне длин волн или энергии, что гарантирует, что исследуемый образец приобретает достаточную стимуляцию и генерирует сильный флуоресцентный свет.Флуоресцентный микроскоп обычно использует ртутную лампу в качестве источника света, который может обеспечивать возбуждающий свет с непрерывной длиной волны. Ртутная лампа имеет более высокую энергию в нескольких обычно используемых длинах волн света (включая 365 нм, 405 нм, 550 нм и 600 нм).

  • 2)

    Возбуждающий световой путь: он служит устройством люминесцентного освещения, которое содержит группу конденсаторных линз и устройство регулировки фокусировки света. На пути света установлены регулируемые световые и полевые апертуры, нейтральные фильтры (нейтральная плотность), светоделитель и обрабатывающая линза.

  • 3)

    Светофильтры: это набор оптических фильтрующих компонентов. Каждый из них имеет определенную ширину длины волны, которая избирательно позволяет стимулированному / испускаемому свету проходить через оптическую систему микроскопа.

Как и другие обычные оптические микроскопы, флуоресцентные микроскопы можно разделить на две категории в зависимости от их оптического пути [20]: просвечивающая флуоресцентная микроскопия (TFM) и эпифлуоресцентная микроскопия.В TFM свет проходит через конденсатор, чтобы возбудить образцы для испускания флуоресцентного света. TFM часто использует конденсор темного поля, который может регулировать отражатель так, чтобы свет мог освещать образец с разных сторон. По сравнению с флуоресцентными микроскопами старого типа, TFM имеет ряд преимуществ, в том числе получение сильного флуоресцентного света при наблюдении за образцом при малом увеличении. К недостаткам можно отнести тот факт, что по мере увеличения уровня увеличения флуоресцентный свет ослабевает.Поэтому TFM лучше использовать для наблюдения за более крупными образцами. Как показано на, свет излучается с одной стороны образца, а флуоресцентный свет собирается линзой с другой стороны образца.

Иллюстрация оптического пути просвечивающей флуоресцентной микроскопии.

Недавно разработанная эпифлуоресцентная микроскопия — это новый тип флуоресцентной микроскопии [21]. Разница между эпифлуоресцентной и просвечивающей флуоресцентной микроскопией состоит в том, что линза объектива в эпифлуоресцентном микроскопе сначала служит конденсатором с хорошей коррекцией, а затем — собирателем света, формирующим изображение.Осветитель направляет свет на образец, сначала пропуская свет через линзу объектива микроскопа по пути к образцу, а затем используя ту же линзу объектива для захвата излучаемого света. Дихроичный светоделитель помещается между оптическим путем, обозначенным под углом 45 °, и отраженный возбуждающий свет проходит через линзу объектива и в конечном итоге достигает образца. Флуоресцентный свет, излучаемый образцом, а также отраженный возбуждающий или рассеивающий свет, одновременно проходит через линзу объектива и достигает дихроичного сепаратора (зеркала), разделяющего флуоресцентный свет и исходный возбуждающий свет.Оставшийся рассеивающий свет дополнительно поглощается отсечным фильтром. Преимущества эпифлуоресцентного микроскопа включают равномерное освещение, резкое изображение и сильный флуоресцентный свет по мере увеличения уровня увеличения.

Оптический путь эпифлуоресцентного микроскопа показан на рис. После отражения от дихроичного зеркала возбуждающий свет сходится у образца. Излучаемый флуоресцентным светом образца сначала проходит через линзу объектива и дихроичное зеркало, а затем улавливается датчиком обнаружения (зондами).Ключевым компонентом эпифлуоресцентного микроскопа является дихроичный светоделитель. Он включает в себя многослойный оптический интерференционный фильтр, установленный под углом 45 ° вдоль оптического пути. Он способен избирательно отражать или пропускать свет только в определенном диапазоне длин волн.

Иллюстрация оптического пути типичной эпифлуоресцентной микроскопии.

Хотя просвечивающие флуоресцентные микроскопы могут давать изображения с достаточно высоким контрастом при малом увеличении, изображение часто бывает относительно темным по сравнению с использованием эпифлуоресцентного микроскопа.Таким образом, эпифлуоресцентный микроскоп на сегодняшний день более популярен в клинической практике. Кроме того, по сравнению с просвечивающим флуоресцентным микроскопом, эпифлуоресцентный микроскоп имеет следующие характеристики.

  • 1)

    Линза объектива микроскопа также служит конденсатором света. Таким образом, устраняется проблема центровки конденсатора. В частности, интенсивность флуоресцентного света изображения увеличивается с увеличением числовой апертуры (NA) объекта.

  • 2)

    Поскольку возбуждающий свет не проходит через слайды в эпифлуоресцентной микроскопии, он снижает потери света. Между тем возбуждающий и флуоресцентный свет движутся в направлении, противоположном линзе объектива. Два световых луча разделяются друг с другом без помех. Некоторое количество рассеянного возбуждающего света может достигать объекта и в основном отражается дихроичным зеркалом к ​​источнику света. Таким образом, между линзой объектива и детектором (зондом) обычно устанавливается очень тонкий фильтр для поглощения небольшой части остающегося рассеивающего света, проходящего через линзу объектива.

  • 3)

    В отличие от использования возбуждения пропускающего типа, при котором большая часть флуоресцентного света создается в нижней части образца и должна проходить через срез образца, создавая неизбежное рассеяние света, в эпифлуоресцентном микроскопе свет источник и плоскость наблюдения находятся в одной плоскости. Следовательно, нет потери интенсивности флуоресценции и не влияет на качество изображения. В частности, он имеет уникальные преимущества, когда он используется для исследования толстых срезов образцов с бактериями и культурой тканей.

  • 4)

    Поскольку ультрафиолетовый (УФ) свет должен проходить через линзу объектива, необходимо учитывать коэффициент пропускания линзы объектива. В результате была разработана и изготовлена ​​серия специальных линз объектива, которые могут пропускать УФ-свет. Однако такая специальная линза объектива не требуется в просвечивающем флуоресцентном микроскопе.

4. Применение микроскопов в патологической визуализации

Изобретение микроскопа в значительной степени способствовало развитию биологии и медицины.Он демонстрирует тайну микроскопического мира и раскрывает причины болезней с микроскопической точки зрения. Получая микроскопические и патологические изображения патогенных микроорганизмов, медицинские исследователи открыли ряд новых академических предметов, включая бактериологию, иммунологию, вирусологию, клеточную патологию и другие. В частности, изобретение электронных микроскопов подняло наблюдение за традиционной патологией с клеточного уровня на субклеточный.В результате современная медицина не обходится без микроскопов. Новые микроскопы, такие как конфокальный лазерный сканирующий микроскоп (CLSM) [22], атомно-силовой микроскоп (AFM) и сканирующая туннельная микроскопия (STM), дополнительно улучшают разрешение изображения патологии [23]. В этом разделе мы кратко обсудим применение микроскопов в помощь клиницистам в области биомедицинской инженерии, особенно в диагностике патологических изображений.

4.1. Оптические микроскопы

Оптические микроскопы широко используются в клинических лабораториях, связанных с патологией, для диагностики различных заболеваний на основе изучения изменения жидкости в организме, проникновения вируса и изменения атомных структур [24].Такая диагностическая информация и отчеты предоставляют клиницистам ценные справочные материалы для выбора и реализации оптимальных планов лечения для пациентов и контроля их эффективности. В генной инженерии и микроскопической хирургии микроскопы являются незаменимыми инструментами для врачей. Хотя оптические микроскопы по-прежнему считаются очень важным инструментом в клинических учреждениях, разработка первоначально оптических микроскопов на сегодняшний день является достаточно зрелой; в частности, оптические характеристики микроскопов достигли идеального уровня, и для дальнейшего улучшения не осталось места.Таким образом, текущая разработка оптических микроскопов направлена ​​на поиск новых областей применения, упрощение и удобство использования систем, а также создание одной системы для множества приложений.

Поскольку биологический образец обычно представляет собой один из видов мутной среды, он может вызывать сильное рассеяние и поглощение света. В результате свет (или оптическая волна) не может глубоко проникнуть внутрь биологических структур; таким образом, невозможно получить четкое изображение биологических структур.С быстрым развитием фотоники были разработаны новые методы визуализации, основанные на фотонике, включая лазерный конфокальный сканирующий микроскоп и оптический сканирующий микроскоп ближнего поля [25, 26]. Во-первых, лазерный конфокальный сканирующий микроскоп представляет собой комбинацию лазерного источника и конфокального микроскопа. В частности, это система, которая использует как конфокальную концепцию традиционной оптической микроскопии, так и лазер в качестве источника света. Затем он использует компьютер для обработки и анализа полученных цифровых изображений наблюдаемых образцов.Путем непрерывного сканирования нескольких слоев живых клеток или срезов ткани лазерный конфокальный сканирующий микроскоп может получать полные трехмерные изображения каждого структурного слоя отдельной клетки или локальной структуры группы клеток. Оптическая сканирующая микроскопия в ближнем поле, основанная на теории зондирования в ближнем поле, представляет собой новую технологию, разработанную с использованием игл оптического сканирующего зонда. Он преодолевает ограничение оптической дифракции и может достигать пространственного разрешения в диапазоне от 10 нм до 200 нм.Дальнейшее объединение с соответствующей оптической спектроскопией, использование оптической сканирующей микроскопии ближнего поля создает новый подход к обнаружению и исследованию спектральных изображений небольших биологических образцов за пределами нанометрового диапазона. В результате исследователи могут проанализировать единственный биологический атом на сегодняшний день.

4.2. Электронные микроскопы

Между электронными и оптическими микроскопами существует ряд различий в применении к патологическим изображениям. При использовании оптических микроскопов для наблюдения за патологическими образцами наблюдателю обычно необходимо регулировать систему микро-фокусировки микроскопа и перемещать образец для достижения оптимального наблюдения за тканевой структурой образца.Использование оптических микроскопов также снижает утомляемость глаз из-за имитации слабого света для глаз. Однако сила увеличения оптического микроскопа намного ниже, чем у электронного микроскопа. В дополнение к большему увеличению, электронный микроскоп может отображать более детальные структуры тканей на мониторе (экране). Он также может выполнять вторичное увеличение образца, отображаемого на экране. Таким образом, электронный микроскоп играет важную роль в изучении структур тканей человеческого органа и других субнанометровых структур.

Из-за короткой длины волны электронных лучей электрические микроскопы преодолевают ограничение пространственного разрешения с помощью оптических микроскопов, которые открывают перед человеческими глазами новые возможности для наблюдения за небольшими структурами на молекулярном и / или атомном уровне. Например, используя электронные микроскопы для наблюдения за клетками, исследователи четко подтвердили существование клеточной мембраны, которая состоит из трех тонких слоев одинаковой толщины, но разной плотности. Два внешних слоя имеют более высокую плотность, чем средний (внутренний) слой.При использовании электронного микроскопа для наблюдения за немиелинизированным нервным волокном было обнаружено, что клетка нервной мембраны волокна содержит несколько стержней (то есть от 2 до 9). При использовании электронного микроскопа для наблюдения и изучения структуры мышц исследователи обнаружили две важные характеристики мышечного волокна: (1) мышечное волокно представляет собой горизонтальные яркие и темные полосы в правильном расположении (а именно структуру горизонтальных полос) и (2) мышечное волокно на самом деле образовано более тонкими волокнами, которые перпендикулярны основному волокну.Используя электронные микроскопы для изучения атомной структуры нуклеиновой кислоты, наблюдатели могут идентифицировать линейный статус внутри структуры атома нуклеиновой кислоты с диаметром около 20A °. Эти примеры показывают, что применение электронных микроскопов значительно ускоряет возможность исследования тайны жизни, а также играет важную роль в развитии медицины, а также в улучшении здоровья человека [27].

В патологии электронные микроскопы доказали свою важность во многих областях.Например, электронные микроскопы применялись для патологической диагностики образцов биопсии почек. Почечное гломерулярное заболевание является часто диагностируемым заболеванием в клинической практике и может быть классифицировано как первичный и вторичный типы нарушений. С целью более точной диагностики патологии почечных клубочков часто используется почечная пункционная биопсия. Помимо различения различных паттернов морфологических и тканевых элементов внутри клубочков, электронные микроскопы можно использовать для наблюдения и обнаружения микроструктурных аберраций или изменений, особенно в эпителиальных клетках, брыжейке, основной мембране и интерстициальном веществе, которые невозможно наблюдать или обнаруживать. с помощью обычных оптических микроскопов.Анализируя наблюдаемые микроизменения, врачи могут определить, есть ли электронно-плотные отложения и соответствующие места. Однако технология единой электронной микроскопии также имеет ограничение. Чтобы сделать биопсию почечной иглы более полезной и точной при диагностике патологии, необходимо сочетание нескольких технологий, включая оптимальное использование обычных оптических микроскопов, иммунофлуоресцентных микроскопов и электронных микроскопов [23].

Использование электронного микроскопа не только улучшило и расширило знания о патологии, но и обеспечило надежную основу для диагностики многих заболеваний.С быстрым развитием науки и техники электронные микроскопы широко использовались и будут широко использоваться в патологической диагностике. Однако единая электронно-микроскопическая технология имеет некоторые ограничения в патологической диагностике. Например, поле зрения (FOV) существенно уменьшается из-за высокого пространственного разрешения электронного микроскопа. Каждый FOV обычно может отображать только одну ячейку или частичную структуру ячейки. Между тем, наблюдатели могут наблюдать только неподвижные и мертвые образцы вместо клеток in vivo .Таким образом, хотя электронные микроскопы активно используются в клинической практике, также необходимо объединить другие технологии, такие как количественный анализ морфологии микроструктурных изменений с использованием обработки изображений, гибридизация нуклеиновых кислот in situ и технология индексы апоптоза при наблюдении с помощью электронных микроскопов. Между тем, сканирующий туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп также были недавно внедрены в патологические области для улучшения технологии электронной микроскопии.Благодаря более тесной связи с компьютерными технологиями наблюдатели (то есть патологи) более легко и удобно могут использовать и управлять электронными микроскопами через подключенный компьютер и сетевые системы.

4.3. Флуоресцентные микроскопы

Облученные коротковолновым светом (например, ультрафиолетовым и фиолетовым синим светом 250–400 нм), некоторые вещества могут возбуждаться за счет поглощения энергии и испускать более длинные волны света с деградацией энергии, включая синий, зеленый, желтый или красный свет с длиной волны от 400 до 800 нм.Это называется фотолюминесценцией [28]. Некоторые образцы естественным образом могут излучать флуоресцентный свет, когда они освещаются светом с подходящей длиной волны. Например, большинство липидов и белков могут излучать флуоресцентный свет синего цвета. Это явление называется автофлуоресценцией или первичной флуоресценцией. Однако большинство веществ генерируют флуоресцентный свет только тогда, когда они окрашены флуорохромами и подвергаются воздействию света с короткими длинами волн.

В 1930-х годах флуоресцентное окрашивание применялось для исследования и наблюдения за морфологией бактерий, плесени, клеток и волокон.Например, Mycobacterium tuberculosis можно обнаружить в мокроте с помощью кислотоустойчивых методов окрашивания бактерий. В 1940-х годах была изобретена технология флуоресцентного окрашивания белков, которая широко применялась для рутинного клинического иммунофлуоресцентного окрашивания, которое позволяет исследовать и определять местонахождение вирусов, бактерий, плесени, простейших, паразитов, антигенов и антител у животных и людей. Он использовался для исследования патогенеза и причин заболеваний, таких как категоризация и диагностика гломерулярных заболеваний и определение связи между вирусом папилломы человека (ВПЧ) и раком шейки матки.Флуоресцентный микроскоп, специальный инструмент для обнаружения флуоресценции, находит все больше и больше применений в клинических исследованиях и диагностике заболеваний [29]. Система сопряжения между флуоресцентным микроскопом и флуоресцентным спектрометром широко используется в клеточной биологии, биохимии, физиологии, нейробиологии и патологии. Эти системы могут обеспечивать качественный и количественный анализ различных структур как в живых, так и в фиксированных клетках или тканях. Флуоресцентные микроскопы могут наблюдать клетки и структуры, которые либо излучают автофлуоресценцию, либо окрашиваются флуорохромами.Источником света люминесцентного микроскопа является высоковольтная ртутная лампа, излучающая ультрафиолетовый свет с короткими длинами волн. Флуоресцентный микроскоп также оснащен фильтрами возбуждения и дихроичными фильтрами. Флуорохромы в образцах возбуждаются ультрафиолетовым светом и излучают свет разных цветов. Это позволяет анализировать распределение и расположение флуоресценции внутри клеток или структур. Некоторые ткани могут излучать автоматический или спонтанный флуоресцентный свет. Например, липофосцин внутри нервных или миокардиальных клеток излучает коричневый флуоресцентный свет; Витамин А клеток эпителия печеночного Ито и пигмента сетчатки излучают зеленый флуоресцентный свет; и моноамин (например,g., катехоламин, 5 — HT, гистамин) внутри нейроэндокринных клеток и нервных волокон излучает свет разных цветов под формальдегидом. Хинин и тетрациклин внутри тканей также излучают флуоресцентный свет. Некоторые ткани внутри клеток могут связываться с флуоресцеином, излучая флуоресцентный свет. Например, бромид этидия и акридиновый оранжевый можно комбинировать с ДНК для измерения содержания ДНК. Флуоресцентный микроскоп также широко используется в иммуноцитохимических исследованиях. Используя флуорохром для маркировки изотиоцианата и родамина, меченое антитело прямо или косвенно может связываться с соответствующим антигеном.Таким образом, врачи могут обнаружить наличие и распространение антигена.

С момента изобретения первого флуоресцентного микроскопа в 1908 году обнаружение флуоресценции постоянно улучшалось. Это включает в себя внедрение высоковольтных ртутных ламп и разработку технологии многослойного покрытия, позволяющей производить высококачественные фильтры возбуждения и отсечки. Благодаря высококачественным оптическим компонентам флуоресцентный микроскоп внес большой вклад в развитие иммунной флуоресценции в 1980-х годах.В 1990-х годах была разработана лазерная сканирующая конфокальная флуоресцентная микроскопия. Он измеряет и определяет распределение флуоресценции в клетках и биоптатах тканей и получает в реальном времени перекрывающиеся фазово-контрастные и флуоресцентные изображения, а также изображения основных цветов, помеченные двойными флуоресцентными метками. В настоящее время разработаны более совершенные технологии, относящиеся к однофотонной флуоресцентной микроскопии, двухфотонной флуоресцентной микроскопии, конфокальной флуоресцентной микроскопии 4 пи [30] и флуоресцентной микроскопии полного внутреннего отражения [31] (флуоресцентная микроскопия полного внутреннего отражения).В результате, используя эти новые инструменты, технология и приложение обнаружения флуоресценции могут быть применены или реализованы в большем количестве исследований и клинических приложений в патологии и других областях биомедицины.

5. Визуализация с помощью цифрового микроскопа

Хотя микроскопия играет очень важную роль в биологии и медицине, наблюдение осуществляется невооруженным глазом под обычными оптическими микроскопами. Это может привести к утомлению глаз после относительно долгого времени непрерывного наблюдения.Кроме того, информация об изображении не может быть сохранена и обработана для различных целей улучшения изображения. Чтобы преодолеть эти ограничения, были разработаны и испытаны цифровые микроскопы. Цифровой микроскоп (или система визуализации) представляет собой интегрированную конструкцию, сочетающую в себе традиционный оптический микроскоп, цифровые мультимедиа и технологии цифровой обработки [32, 33]. Как показано на рисунке, система формирования изображений цифрового микроскопа обычно включает три компонента: оптический модуль микроскопии, модуль сбора данных, цифровую обработку изображений и программные модули управления.Среди этих модулей оптический модуль реализует функцию микроскопического изображения; модуль сбора данных записывает изображения, созданные цифровыми видеоустройствами, включая CMOS, CCD, цифровую камеру, хранящиеся в оптическом модуле, в цифровом формате, а затем передает эти цифровые изображения на компьютерные запоминающие устройства через другой интерфейс видеокарты или интерфейс USB; а модуль управления программным обеспечением, являющийся ядром всей системы, управляет захватом, обработкой и измерением изображений в режиме реального времени для оптимального повышения качества изображения.Цифровые изображения можно контролировать в реальном времени с помощью цветного телевизора или компьютерных мониторов. После использования различных методов цифровой обработки изображений системы цифровой микроскопии могут более чувствительно захватывать и отображать детали изображения. Фактически, установка онлайн-систем сбора, обработки и анализа изображений стала важным символом современных передовых микроскопов.

Конфигурация современной цифровой системы визуализации микроскопа.

Благодаря своим значительным технологическим преимуществам, технология микроскопической цифровой визуализации также использовалась и / или интегрировалась в различные электронные микроскопы.Например, в отличие от традиционной электронной микроскопии, в которой используется электронный чувствительный пол для создания фотографических изображений, цифровой микроскоп, оснащенный системой формирования изображения CCD, преобразует электроны, которые несут информацию об изображении через устройства электрооптического преобразования, в световой сигнал и отправляет сигнал в ПЗС. После того, как изображения захвачены с помощью ПЗС, они могут быть отправлены в компьютер через карту сбора изображений для выполнения различных необходимых процедур обработки изображений (как показано на рисунке).

Принцип работы цифровой микроскопической системы визуализации. 1 — линза электронного микроскопа; 2 — Флуоресцентная пластина; 3 — призма; 4 — призматический блок; 5 — приводной винт; 6 — Мотор; 7 — База; 8 — Диафрагма; 9 — призма; 10 — Линза; 11 — Линза; 12 — ПЗС-матрица; 13 — карта получения изображения; и 14 — Компьютер.

Таким образом, технология получения цифровых микроскопических изображений является продолжением традиционной микроскопии. Он объединяет в себе технологии микроскопии, получения изображений, компьютерного контроля и обработки для управления и контроля всего процесса получения изображений, включая получение изображений, отбор проб, обработку и хранение данных.Среди них технология получения и обработки изображений является ядром технологии цифровой микроскопии.

Современные устройства сбора цифровых изображений можно разделить на три категории, в том числе использующие (1) аналоговые камеры с платой видеозахвата, (2) цифровые камеры потребительского уровня и (3) цифровые камеры профессионального уровня. Эти три устройства имеют свои собственные характеристики и области применения, в которых цифровые камеры профессионального уровня являются наиболее популярным выбором в системах цифровой микроскопии.Внедрение технологии цифровой обработки изображений открывает прекрасные возможности для постобработки полученных изображений. В частности, с быстрым развитием более мощных компьютеров цифровые микроскопические изображения можно более эффективно обрабатывать и анализировать.

Анализ и обработка изображений могут быть разработаны по индивидуальному заказу или могут использовать сложные коммерческие пакеты программного обеспечения для обработки микроскопических изображений. Многие профессиональные программные пакеты хорошо разработаны и содержат множество полезных функций или схем.Они могут обеспечить как простые геометрические измерения, так и сложный анализ для определения взаимосвязи между сложными геометрическими структурами. Предоставляя абсолютную калибровку пространства для обеспечения наиболее точных измерений и передовую технологию сегментации изображений, эти коммерческие схемы могут помочь наблюдателям лучше различать перекрывающиеся объекты, обнаруживать контуры и формы небольших объектов, идентифицировать похожие объекты или группы и категоризировать или пометьте разные предметы разными цветами.Некоторые схемы могут использоваться как расширенные аналитические инструменты, которые используют диаграмму спектра, спектральный профиль, псевдоцвет, трехмерную форму поверхности и другие методы для управления данными и отображения их в различных форматах.

Преимущество подключения микроскопа к компьютеру заключается в том, что он создает цифровые изображения. Используя эти цифровые изображения, ученые-исследователи и клиницисты могут применять различное программное обеспечение для обработки и анализа изображений для получения необходимых экспериментальных данных для различных целей.Например, с помощью цифровых микроскопов можно заменить ручной процесс подсчета организмов красных приливов, очень утомительный и трудоемкий процесс. Компьютеризированная программа способна подсчитывать общее количество организмов красного прилива, обнаруженных в образце, и классифицировать организмы красного прилива по группам разного размера. Увеличенные организмы красного прилива могут отображаться на экране компьютера. В результате, в сочетании с ручной идентификацией этот компьютеризированный метод значительно снижает трудоемкость ручного подсчета с использованием обычного оптического микроскопа.

6. Новые разработки в технологии микроскопической визуализации

С развитием технологий и особыми требованиями исследовательских проектов было разработано и испытано множество новых методов микроскопической визуализации, целью которых является получение изображений с высоким разрешением и большой глубиной поля. а также в трехмерном стереоскопическом формате. В результате, используя эти новые системы микроскопической визуализации и полученные изображения, клиницисты могут проводить динамические, неразрушающие и невмешательские тесты in vivo (в реальном времени) в биомедицинских исследованиях и клинической практике.Ниже приводится несколько новых разработок в этой области.

6.1. Сосуществование большой глубины резкости и большого увеличения

В обычном оптическом микроскопе большая глубина резкости не может сосуществовать с большим увеличением. В результате из-за ограниченной глубины резкости оптический микроскоп не может получить четкие изображения целевых небольших объектов, расположенных на разной глубине поверхности образца. Использование сканирующей электронной микроскопии (SEM) или конфокальной микроскопии может разрешить противоречие между увеличением и глубиной резкости.В результате можно наблюдать четкие (резкие) изображения с большей глубиной резкости.

SEM использует очень тонкий электронный луч для сканирования поверхности образца. Электроны, произведенные сканированием, собираются специально разработанным детектором. Соответствующие электрические сигналы затем поступают на экран ЭЛТ-монитора для создания трехмерного изображения поверхности образца. Эти изображения также можно запечатлеть в изображениях. Разрешение SEM находится между оптической микроскопией и просвечивающей электронной микроскопией (TEM) (т.е., до 3 нм). Между тем глубина резкости SEM в сто раз больше, чем у оптического микроскопа, и как минимум в десять раз больше, чем у TEM. Таким образом, он может получить четкое изображение с большой глубиной резкости.

Конфокальный микроскоп — это интегрированная технология, сочетающая оптический и цифровой методы анализа изображений. Это новая технология микроскопической визуализации, особенно полезная для получения изображений неплоских образцов. Он может получать огромную глубину резкости и изысканные детали, а также может получать информацию в истинном цвете, которую часто невозможно получить с помощью электронного микроскопа.При использовании конфокального микроскопа сначала настраивают фокус для поиска и получения образцов, распределенных на разных уровнях глубины, захватывают все изображения, распределенные на этих уровнях с помощью цифровых устройств обработки изображений, и передают их в компьютер (каждый из этих аспектов изображение имеет четкое расположение, отличное от других изображений, которые записывают различные части морфологии образца и информацию о цвете). После анализа и интеграции данных с использованием специального программного обеспечения для обработки изображений получается окончательное высококачественное и четкое изображение.

6.2. Трехмерное изображение

Современная микроскопия не ограничивается только наблюдением за поверхностью образца. Комбинируя лазерную и конфокальную микроскопию, исследователи и врачи могут получать и просматривать изображения поперечных сечений образцов на разных уровнях глубины. Затем, используя компьютеризированную обработку изображений и алгоритмы трехмерной реконструкции, можно получить трехмерный профиль формы образцов с высоким разрешением.

Главный принцип лазерного сканирующего конфокального микроскопа (LSCM) заключается в том, чтобы лазерный луч проходил через точечное отверстие для создания точечного источника света.Луч лазера проходит через фильтр возбуждения и попадает на светоделитель. Поскольку светоделитель может отражать возбуждающий свет с более короткой длиной волны и передавать свет с более длинной длиной волны, возбуждающий свет отражается на светоделителе и проходит через линзу объектива. Лазерный луч сканирует различные фокальные плоскости, отмеченные флуоресцентными агентами, под контролем устройства управления сканированием. Возбужденный эмиссионный свет от флуоресцентных меток проходит через исходный путь падающего света и напрямую возвращается в светоделитель.Пройдя через передающий фильтр для определенной длины волны, излучаемый свет наконец достигает точечного отверстия детектирования фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Путем преобразования тока ФЭУ в цифровые сигналы создается изображение, которое отображается на экране монитора компьютера.

Поскольку LSCM может непрерывно сканировать живые клетки и ткани или образцы биопсии клеток слой за слоем для получения изображений на разных уровнях глубины, его также называют «неразрушающей оптической биопсией». Расстояние между двумя сканированными слоями LSCM может быть меньше 0.1 мкм. Используя компьютеризированные алгоритмы реконструкции, можно генерировать или получать трехмерные изображения, которые позволяют наблюдать или получать доступ к сложному цитоскелету, хромосомам, органеллам и клеточной мембране.

6.3. Обнаружение in vivo

Наблюдение и мониторинг живых клеток может быть очень полезным во многих исследовательских приложениях, но это сложная техническая задача в области микроскопической визуализации. Чтобы исследователи или клиницисты могли наблюдать за детальной структурой образцов, а также динамически контролировать функцию живых клеток или тканей в режиме реального времени с помощью микроскопических изображений патологии, было разработано и испытано несколько новых технологий.Например, применяя специальные флуоресцентные зонды для маркировки материала, за которым нужно наблюдать, исследователи могут использовать LSCM для динамического мониторинга всего процесса изменения в различных местах или тканях клеток после получения стимуляции в режиме реального времени. LSCM также может использоваться во многих приложениях, таких как анализ изменений внутри PH клеток, обнаружение потенциальных изменений в мембранах, обнаружение продукции внутриклеточного реактивного кислорода, тестирование процесса проникновения лекарств в ткань или клеточную мембрану и определение его положения, измерение резонансной передачи энергии флуоресценции (FRET) и мониторинг в реальном времени многих других живых клеток.

7. Резюме

Технология патологической визуализации — быстрорастущая область академических исследований, промышленных разработок и клинических приложений. В этой статье представлен краткий обзор фундаментальных концепций и обсуждение последних разработок и клинического потенциала современных методов микроскопической визуализации. Обычная оптическая микроскопия была важным инструментом в клинической патологии. Интерфейс оптической микроскопии с методами получения цифровых изображений сочетает в себе возможности оптической визуализации, электронного обнаружения и компьютерного анализа.Эти и другие новые технологии будут продолжать развиваться, позволяя получать клеточные, молекулярные и генетические изображения, а также изображения тканей с высокой эффективностью и точностью, чтобы облегчить клинический скрининг и диагностику.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить за частичную поддержку благотворительного фонда председателей Чарльза и Джин Смит, а также за частичную поддержку гранта NIH RO1CA136700.

Ссылки

[1] Croft WJ. Под микроскопом: краткая история микроскопии.World Scientific Publishing; Сингапур: 2006. [Google Scholar] [2] Бетге Х. Истоки электронной микроскопии и настоящее время. Ультрамикроскопия. 1982; 10 (3): 181–186. [Google Scholar] [3] Богнер А., Жуно PH, Толле Дж., Бассет Д., Готье С. История разработок в сканирующей электронной микроскопии: к построению изображений методом мокрого STEM. 2007; 38: 390–401. [PubMed] [Google Scholar] [4] Бинниг Г., Рорер Х. Сканирующая туннельная микроскопия. Helvetica Physica Acta. 1982. 55 (6): 726–735. [Google Scholar] [5] Мартин Л.К. Теория микроскопа.Блэки; 1966. [Google Scholar] [6] Inoue S, Spring KR. Видеомикроскопия: основы. Пленум Пресс; Нью-Йорк: 1997. [Google Scholar] [7] Басс М. Геометрическая и физическая оптика, поляризованный свет, компоненты и инструменты. 3-е изд. Том 1. Компании McGraw-Hill; Нью-Йорк: 2010. Справочник по оптике. [Google Scholar] [8] Park JS, Choi CK, Kihm KD. Оптически нарезанный микро-PIV с использованием конфокальной лазерной сканирующей микроскопии. Эксперимент с жидкостями. 2004. 37 (1): 105–119. [Google Scholar] [9] Диккерсин Г.Р. Диагностическая электронная микроскопия.Медицинские издательства Игаку-Сойн; Нью-Йорк: 1998. [Google Scholar] [10] Абрамовиц М. Основы микроскопа и не только. Издательство Olympus Corporation; Нью-Йорк: 1987а. [Google Scholar] [11] Абрамовиц М. Контрастный метод в микроскопии: проходящий свет. Издательство Olympus Corporation; Нью-Йорк: 1987b. [Google Scholar] [12] Абрамовиц М. Флуоресцентная микроскопия: основы. Издательство Olympus Corporation; Нью-Йорк: 1987c. [Google Scholar] [13] Дэвидсон М.В., Абрамовиц М. Оптическая микроскопия. Олимп Америка; Нью-Йорк: 1999.[Google Scholar] [14] Аллен Т.Д. Методы клеточной биологии. Том 88. Academic Press; Лондон: 2008. Введение в электронную микроскопию для биологов. [Google Scholar] [15] Stroscio JA, Kaiser WJ. Методы физики эксперимента. Том 73. Academic Press; Лондон: 1993. Сканирующая туннельная микроскопия. [Google Scholar] [16] Вайнштейн MH, Эпштейн JI. Телепатологическая диагностика биопсии простатой иглы. Hum Pathol. 1997. 28 (1): 22–29. [PubMed] [Google Scholar] [17] Андо Ю. Разработка трехмерных электростатических столиков для сканирующего зондового микроскопа.Датчики и исполнительные механизмы А. 2004; 114: 285–291. [Google Scholar] [18] St Fahlbusch S, Mazerolle J, Breguet M, et al. Наноманипуляции в растровом электронном микроскопе. Журнал технологий обработки материалов. 2005; 167: 371–382. [Google Scholar] [19] Герман Б. Флуоресцентная микроскопия. Всемирная издательская корпорация; Пекин: 1998. [Google Scholar] [20] Гуанли Ю. Флуоресцентный и флуоресцентный микроскоп. Оптические инструменты. 2001; 23: 18–29. [Google Scholar] [21] Славик Дж. Флуоресцентная микроскопия и флуоресцентные зонды.Пленум Пресс; Нью-Йорк: 1997. [Google Scholar] [22] Kino GS, Corle TR. Конфокальная сканирующая оптическая микроскопия и родственные системы визуализации. Академическая пресса; London: 1996. [Google Scholar] [23] Ho EC, Baker LJ, Savage H, et al. Учебные руки и экраны для микроскопа и фиброоптического насендоскопа: являются ли они эффективными обучающими устройствами и используем ли мы их? Eur Arch Otorhinolaryngol. 2010. 267: 643–645. [PubMed] [Google Scholar] [24] Лейси А.Дж. Световая микроскопия в биологии — практический подход. 2-е изд. Издательства Оксфордского университета; Оксфорд: 1999.[Google Scholar] [25] Поли Дж. Б. Справочник по биологической конфокальной микроскопии. 3-е изд. Springer; Нью-Йорк: 2006. [Google Scholar] [26] Поуслир М.А., Мойер П. Оптика ближнего поля: терапия, приборы и приложения. Wiley; Нью-Йорк: 1996. [Google Scholar] [27] Окумура А., Судзуки Дж., Фурукава И. и др. Анализ сигналов и оценка эффективности сжатия патологических микроскопических изображений. IEEE Trans Med Imaging. 1997; 16: 701–710. [PubMed] [Google Scholar] [28] Маккуорри Д.А., Саймон Дж. Д. Физическая химия, молекулярный подход.Университетские научные книги; Саусалито: 1997. [Google Scholar] [29] Кокс Г. Методы оптической визуализации в клеточной биологии. CRC Press; Boca Raton: 2007. [Google Scholar] [30] Ад С., Стельцер Э. Свойства конфокального флуоресцентного микроскопа 4 Pi. Оптическое общество Америки. 1992; 9: 2159–2166. [Google Scholar] [31] Арндт-Джовин Д.Д., Роберт-Никуд М., Кауфман С.Дж. и др. Флуоресцентная цифровая микроскопия изображений в клеточной биологии. Наука. 1985; 230: 247–256. [PubMed] [Google Scholar] [32] Гуальтьери П., Колтелли П.Цифровой микроскоп для обнаружения движущихся микроорганизмов в реальном времени. Micron и Microscopica Acta. 1989; 20: 99–105. [Google Scholar] [33] Tucker S, Cathey W.T., Dowski E. Расширенная глубина резкости и контроль аберраций для недорогих цифровых микроскопов. Оптика Экспресс. 1999; 4: 467–474. [PubMed] [Google Scholar]

The Microscope Optical Train | Nikon’s MicroscopyU

Современные составные микроскопы предназначены для получения увеличенного двумерного изображения, которое может быть сфокусировано в осевом направлении в последовательных фокальных плоскостях, что позволяет тщательно исследовать мелкие структурные детали образца как в двух, так и в трех измерениях.

Рисунок 1 — Оптическая система микроскопа

Большинство микроскопов имеют механизм трансляции, прикрепленный к столику, который позволяет микроскописту точно позиционировать, ориентировать и фокусировать образец для оптимизации визуализации и записи изображений. Интенсивность освещения и ориентацию световых путей по всему микроскопу можно контролировать с помощью стратегически расположенных диафрагм, зеркал, призм, светоделителей и других оптических элементов для достижения желаемой степени яркости и контраста в образце.

На Рисунке 1 представлен микроскоп Nikon Eclipse E600, оснащенный тринокулярной головкой и цифровой камерой DXM-1200 для записи изображений. Освещение обеспечивается галогенидной лампой, расположенной в патроннике, которая излучает свет, который сначала проходит через линзу коллектора, а затем попадает в оптический канал в основании микроскопа. В основании микроскопа также размещен ряд фильтров, которые кондиционируют свет, излучаемый лампой накаливания, перед тем, как он отражается зеркалом и проходит через полевую диафрагму в конденсатор подэтапа.Конденсор образует световой конус, который омывает образец, расположенный на предметном столике микроскопа, а затем попадает в объектив. Свет, выходящий из объектива, отклоняется комбинацией светоделителя / призмы либо в окуляры для формирования виртуального изображения, либо прямо через проекционный объектив, установленный в удлинительном тринокулярном тубусе, где он затем может формировать изображение на размещенной матрице фотодиодов ПЗС. в системе цифровой обработки изображений.

Оптические компоненты, входящие в состав современных микроскопов, смонтированы на стабильной, эргономичной основе, которая обеспечивает быструю замену, точное центрирование и тщательное выравнивание между этими оптически взаимозависимыми узлами.Вместе оптические и механические компоненты микроскопа, включая установленный на стеклянном микропрепарате и покровном стекле образец, образуют оптическую цепочку с центральной осью, которая пересекает основание микроскопа и подставку. Оптическая система микроскопа обычно состоит из осветителя (включая источник света и коллекторную линзу), конденсора подэтапа, образца, объектива, окуляра и детектора, который представляет собой камеру или глаз наблюдателя (, таблица 1, ).Микроскопы исследовательского уровня также содержат одно из нескольких устройств кондиционирования света, которые часто располагаются между осветителем и конденсором, и дополнительный детектор или фильтрующее устройство, которое вставляется между объективом и окуляром или камерой. Устройство (а) кондиционирования и детектор работают вместе, чтобы изменять контраст изображения в зависимости от пространственной частоты, фазы, поляризации, поглощения, флуоресценции, внеосевого освещения и / или других свойств образца и техники освещения.Даже без добавления специальных устройств для кондиционирования освещения и фильтрации волн, формирующих изображение, некоторая степень естественной фильтрации происходит даже с самой базовой конфигурацией микроскопа.

Таблица 1 — Компоненты оптической цепи микроскопа
Компонент микроскопа Атрибуты
Осветитель Источник света, коллекторная линза, полевая диафрагма, тепловые фильтры, свето-балансные фильтры, диффузор, фильтры нейтральной плотности
Light
Кондиционер
Конденсорная диафрагма, ограничитель темного поля, маска апертуры, фазовое кольцо, поляризатор, смещенная от центра щелевая апертура, призма Номарского, фильтр возбуждения флуоресценции
Конденсатор Числовая апертура, фокусное расстояние, аберрации, светопропускание, иммерсионная среда, рабочее расстояние
Образец Толщина слайда, толщина покровного стекла, иммерсионная среда, поглощение, пропускание, дифракция, флуоресценция, замедление, двулучепреломление
Объектив Увеличение, числовая апертура, фокусное расстояние, иммерсионная среда, аберрации, светопропускание, оптическая передаточная функция, рабочее расстояние
Фильтр изображения Компенсатор, анализатор, призма Номарского, диафрагма объектива, фазовая пластина, фильтр SSEE, пластина модулятора, светопропускание, выбор длины волны, барьерный фильтр флуоресценции
Окуляр Увеличение, аберрации, размер поля, точка глаза
Детектор Человеческий глаз, фотоэмульсия, фотоумножитель, фотодиодная матрица, видеокамера

В то время как некоторые из оптических компонентов микроскопа действуют как элементы формирования изображения, другие служат для создания различных модификаций освещения образца, а также выполняют функции фильтрации или преобразования.Компоненты, участвующие в формировании изображений оптической системой микроскопа, — это линза коллектора (расположенная внутри или рядом с осветителем), конденсор, объектив, окуляр (или окуляр) и преломляющие элементы человеческого глаза или линзы камеры. Хотя некоторые из этих компонентов обычно не считаются компонентами изображения, их свойства изображения имеют первостепенное значение при определении окончательного качества изображения микроскопа.

Основой для понимания формирования изображения в микроскопе является действие отдельных элементов линзы, составляющих компоненты оптической системы.Простейшим элементом формирования изображения является идеальная линза (рис. 2), которая представляет собой идеально скорректированный стеклянный элемент, не имеющий аберраций и фокусирующий свет в одной точке. Параллельный параксиальный луч света проходит через собирающую линзу и фокусируется за счет преломления в точечный источник, расположенный в фокусной точке линзы (точка, обозначенная как Focus на рисунке 2). Такие линзы часто называют положительными линзами , , потому что они вызывают более быстрое схождение сходящегося светового луча или вызывают менее быстрое расхождение расходящегося светового луча.Точечный источник света, расположенный в фокальной точке линзы, выходит из линзы как параксиальный параллельный луч света, движущийся справа налево на рисунке 2. Расстояние между линзой и фокальной точкой обозначается как . фокусное расстояние объектива (обозначено расстоянием f на рисунке 2).

Рисунок 2 — Волновая диаграмма через идеальную линзу

Оптические явления часто объясняются либо с точки зрения квантовой теории, либо с точки зрения волновой механики, в зависимости от конкретной описываемой проблемы.При рассмотрении действия линз волнообразные свойства часто можно игнорировать, и считается, что свет распространяется по прямым линиям, часто называемым лучами . Простых диаграмм луча достаточно, чтобы объяснить многие важные аспекты микроскопии, включая рефракцию, фокусное расстояние, увеличение, формирование изображения и диафрагмы. В других случаях удобно называть световые волны состоящими из дискретных частиц ( кванта ), особенно когда свет генерируется квантово-механическими событиями или преобразуется в другие формы энергии.Это обсуждение будет ограничено моделями оптических линз, использующих параксиальные лучи, которые соответствуют как волнообразной природе света, так и простыми диаграммами лучей, на которых свет распространяется слева направо. Параксиальные световые лучи — это лучи, движущиеся очень близко к оптической оси, что приводит к очень малым углам падения и преломления, которые при измерении в радианах можно рассматривать как равные их синусоидальным значениям.

В параллельном пучке света отдельные монохроматические световые волны образуют волновой поток , имеющий комбинацию электрических и магнитных векторов, колеблющихся в фазе, чтобы сформировать волновой фронт , который имеет ориентацию колебаний, перпендикулярную направлению распространения волны.Плоская волна преобразуется в сферическую волну, когда она проходит через идеальную линзу, с центром в фокусе ( Focus ) линзы (Рисунок 2). Световые волны достигают фокусной точки синхронно и в этом месте конструктивно интерферируют друг с другом. В качестве альтернативы свет, состоящий из сферического волнового фронта, исходящего из фокуса идеальной линзы, преобразуется линзой в плоскую волну (проходящую справа налево на рисунке 2). Каждый световой луч в плоской волне претерпевает различное изменение направления при встрече с линзой, поскольку он достигает поверхности под немного другим углом падения.При выходе из линзы направление светового луча также меняется. В реальных системах угол преломления и фокус линзы или группы линз зависят от толщины, геометрии, показателя преломления и дисперсии каждого компонента в системе.

Общее действие идеальной линзы (или системы линз) заключается в преобразовании одной сферической волны в другую, при этом геометрические свойства линзы определяют положение фокальной точки.По мере увеличения расстояния источника света от линзы угол расходящихся световых лучей, попадающих в линзу, уменьшается с соответствующим увеличением радиуса волнового фронта. Если радиус сферической волны, попадающей в линзу, бесконечен, радиус сферической волны, проходящей через линзу, становится равным фокусному расстоянию линзы. Идеальная линза имеет две точки фокусировки, и плоская волна, проходящая через линзу, фокусируется на одной из этих точек, в зависимости от того, входят ли световые лучи с левой или с правой стороны линзы.

Рисунок 3 — Косая волна через идеальную линзу

В ситуациях, когда направление распространения плоской волны не совпадает с оптической осью линзы, фокус сферической волны, создаваемой линзой, также удаляется от оси. На рисунке 3 показан случай, когда плоский волновой фронт встречается с идеальной линзой при наклоне под углом (α). Центр полученной сферической волны обозначен S и находится на расстоянии δ от осевой фокальной точки (обозначен как Focus на рисунке 3), но в той же фокальной плоскости.Значение δ можно выразить как:

1
$$ δ = f × sin (α) $$

, где f — фокусное расстояние идеального объектива. С точки зрения геометрической оптики, f — это значение, которое относится к радиусу дуги с центром на S и проходящей через центр линзы, как если бы это была одна преломляющая поверхность.

Альтернативная модель для исследования точечного источника света ( S (1) ), который не находится в фокальной плоскости линзы, проиллюстрирована на рис. 4 .На этом рисунке идеальная линза разделена на две отдельные линзы (линза (a), и линза (b) ), так что точечный источник света S (1) расположен на расстоянии, равном f (a) (фокусное расстояние) от линзы (a) . Точно так же точечный источник S (2) расположен на расстоянии f (b) , фокусном расстоянии линзы (b) . Прямая линия, соединяющая центры линз (a), и , линзы (b), , называется оптической осью системы линз.

Рисунок 4 — Косая волна через идеальную систему линз

В системе с двумя линзами ( рис. 4 ) сферический волновой фронт, исходящий из точки источника света S (1) и расположенный на расстоянии δ от оптической оси линзы, преобразуется линзой (a ) в плоскую волну. На выходе из линзы (a) плоская волна наклонена относительно оси линзы на угол α.И δ, и α связаны синусоидальным уравнением, рассмотренным выше, при этом значение для f заменяется на f (a) . После прохождения через вторую линзу ( Линза (b) ) плоская волна преобразуется обратно в сферическую волну с центром, расположенным в точке S (2) . В результате идеальный объектив L , который равен Объектив (a) + Объектив (b) , фокусирует свет из точки S (1) в точку S (2) , а также выполняет обратное действие путем фокусировки света из точки S (2) на точку S (1) .Фокусные точки, имеющие такое соотношение в системе линз, обычно называются сопряженными точками .

В терминологии классической оптики пространство между источником света S (1) и входной поверхностью первой линзы называется пространством объекта , а область между второй выходной поверхностью линзы и точкой S (2) известно как пространство изображений . Все точки, связанные с первичными или вторичными световыми лучами, называются объектами (или образца в оптической микроскопии), а области, содержащие световые лучи, сконцентрированные за счет преломления от линзы, называются изображениями .Если световые волны пересекаются, изображение реальное , тогда как если пересекаются только проецируемые продолжения преломленных световых лучей, система линз формирует виртуальное изображение . Реальное изображение может быть визуализировано при проецировании на экран, захваченном на фотоэмульсии или преобразовании в цифровую матрицу с помощью фотодиодных элементов устройства с заряженной связью (ПЗС). И наоборот, виртуальное изображение требует помощи другой линзы или системы линз, чтобы наблюдатель мог ее увидеть.

Если точка S (1) в Рис. 4 разложить на серию точек, распределенных по одной и той же фокальной плоскости, то идеальный объектив сфокусирует каждую точку в серии на сопряженную точку в фокальной плоскости С (2) . В случае, когда набор точек S (1) лежит в плоскости, перпендикулярной оптической оси линзы, тогда соответствующие сопряженные точки в наборе S (2) также будут лежать в плоскости, перпендикулярной оптической оси линзы. ось.Верно и обратное: линза будет фокусировать каждую точку в наборе S (2) на сопряженную точку на плоскости или поверхности набора точек S (1) . Соответствующие плоскости или поверхности этого типа известны как сопряженные плоскости .

Альтернативный метод представления последовательности распространяющихся световых волн проиллюстрирован на Рис. 5 для наклонной световой волны. Этот метод основан на применении законов геометрической оптики для определения размера и местоположения изображений, формируемых линзой или мультилинзовой системой.Два репрезентативных световых луча, один параксиальный и один, проходящий через центр линзы (главный луч , ), — это все, что необходимо для определения параметров ситуации визуализации. Многие учебники по гауссовой оптике называют эти световые лучи характеристическими лучами , причем главный луч проходит через центр входного и выходного зрачков, линзу и любые апертурные диафрагмы, присутствующие в оптической системе. Часто главный луч не учитывается, а характеристические лучи, проходящие через переднюю и заднюю фокусные точки линзы, используются для определения размера и местоположения объекта и изображения.На фиг. 5 второй характеристический луч показан как пунктирная линия с желтым заполнением, проходящая через переднюю точку фокусировки ( F ‘) линзы.

Рисунок 5 — Лучевая диаграмма наклонной волны

Образец или источник света обозначен S (1) на рисунке 5 и расположен на расстоянии a слева от линзы в области, известной как пространство объекта.Одиночный световой луч, обозначенный пунктирной линией, исходящий из S (1) и пересекающий оптическую ось в точке фокуса на стороне объекта ( F ‘), преломляется обеими поверхностями линзы и выходит параллельно оптическая ось. Расширения преломленного и падающего лучей пересекаются на поверхности внутри линзы, расположенной на расстоянии a от источника ( S (1) ). Эта поверхность известна как первая или основная поверхность на стороне объекта и обозначена как P (1) на рисунке 5.Самый верхний световой луч, идущий от S (1) в направлении, параллельном оптической оси, преломляется линзой и проходит через точку фокусировки на стороне изображения ( F ). Расширения преломленного и падающего лучей пересекаются на главной поверхности стороны изображения (обозначенной как P (2) на рисунке 5) внутри линзы и расположены на расстоянии b от точки изображения S (2) . Вблизи оси линзы поверхности P (1), и P (2) аппроксимируют плоские поверхности и известны как главные плоскости линзы.Пересечения этих плоскостей с оптической осью линзы (не показаны) упоминаются как главные точки . Простые выпуклые линзы, демонстрирующие двустороннюю симметрию, имеют основные точки, симметричные поверхности линзы. Более сложные линзы и системы с несколькими линзами часто имеют основные точки, которые совпадают с поверхностью линзы или даже выходят за пределы стеклянных элементов.

Другой набор точек, используемых для определения параметров линзы, — это узловые точки , которые возникают там, где расширения наклонных световых лучей, проходящих через линзу, пересекают оптическую ось.Узловые точки не показаны на Рис. 5 , но будут располагаться очень близко к основным точкам линзы. Таким образом, три пары точек, фокусные точки линзы ( F, и F ‘), главные плоскости ( P (1), и P (2) ) и главные узлы лежат на оптических линзах. ось. Если расположение фокусных точек и либо главных точек, либо узловых точек известно, то геометрическое построение трассировок лучей для выяснения параметров объекта и изображения может быть выполнено без учета преломления световых лучей на каждой поверхности линзы.В результате можно смоделировать любую систему линз, используя только фокальные точки и главные плоскости, нарисовав следы лучей, как если бы они встречались с первой главной плоскостью, перемещались параллельно оптической оси и выходили из второй главной плоскости без преломления.

Примечание

Обратите внимание, что расстояние a больше, чем переднее фокусное расстояние объектива, f ‘ in Рисунок 5 . В этих условиях перевернутое изображение ( S (2) ) затем формируется в пространстве изображения на расстоянии b справа от линзы.Длина b больше, чем заднее фокусное расстояние объектива, f , которое связано с расстояниями a и b классическим уравнением линзы :

2
$$ \ frac {1} {a} + \ frac {1} {b} = \ frac {1} {f} $$

Высота изображения S (2) обозначается величиной h (2) и представляет собой увеличение в размере в результате увеличения объекта или образца S (1) , расположенного спереди линзы и высотой h (1) .Боковое увеличение , M этой простой линзы (которая приближается к гауссовой тонкой линзе) выражается уравнением :

3
$$ \ frac {h (2)} {h (1)} = \ frac {b} {a} $$

Поскольку S (1) и S (2) лежат в сопряженных плоскостях, изображение S (2) будет сфокусировано линзой на S (1) . Фокусное расстояние тогда будет представлено как f ‘, а увеличение ( M ) инвертировано до 1 / M из-за уменьшения размера изображения, когда рассматривается обратная ситуация.

Отношение расстояний между двумя точками изображения вдоль оптической оси на стороне объекта линзы и двумя сопряженными точками на стороне изображения известно как продольное или осевое увеличение . Величина продольного увеличения равна квадрату бокового увеличения для малых расстояний от плоскости изображения.

Все компоненты оптического микроскопа, формирующие изображения, подчиняются основным геометрическим соотношениям, описанным выше.Сюда входят коллекторный объектив, конденсор, объектив, окуляры (в режиме проецирования), система камеры и человеческий глаз.

Рисунок 6 — Плоскости изображения коллекторной линзы

Первой ступенью оптической системы микроскопа является фонарный столб, который содержит лампу и коллекторную линзу и отвечает за создание условий первичного освещения для микроскопа. Проиллюстрировано в . Рисунок 6. — схематическая диаграмма типичной конфигурации лампы и коллекторной линзы.Размеры и положение изображения представлены в соответствии с условными обозначениями, введенными в Рис. 5 для базовой системы первичных линз. Свет, излучаемый вольфрамовой лампой, проходит через систему коллекторных линз, а нить накала фокусируется на передней фокальной плоскости конденсора. Первая плоскость изображения в оптической системе микроскопа (плоскость изображения (1) ) находится в положении полевой диафрагмы.

Интерактивное учебное пособие —
Плоскости изображения конденсора

Изучите взаимосвязь между плоскостями изображения диафрагмы поля и диафрагмы конденсора.

Точка S (1) на нити накала лампы сопряжена с точкой S (2) , которая отображается в фокальной плоскости апертурной диафрагмы конденсора, когда микроскоп настроен для работы в условиях освещения Келлера. Расстояние от S (1) до первой главной плоскости системы коллекторных линз обозначено расстоянием a , а расстояние от ирисовой диафрагмы конденсатора до главной плоскости коллектора на стороне изображения равно расстоянию б .Полевая диафрагма микроскопа (, рис. 6 и 7, ) определяет диаметр светового луча, излучаемого системой освещения, прежде чем он попадает в апертуру конденсора.

Рисунок 7 — Плоскости изображения линзы конденсора

Взаимосвязь между сопряженными плоскостями изображения в конденсорной линзе и системой освещения проиллюстрирована на рисунке 7. Полевая диафрагма (плоскость изображения (1), ) отображается в той же плоскости, что и образец (плоскость изображения (2) ), когда микроскоп настроен на освещение Келлера.Передняя фокальная плоскость конденсора ( F ‘) находится в центре апертурной диафрагмы. Длины a и b представляют собой соответствующие расстояния между полевой диафрагмой (плоскость изображения (1), ) и плоскости образца (плоскость изображения (2), ) от основных плоскостей элементов линзы конденсора. Свет, излучаемый лампой и проходящий через конденсатор, образует световой конус, который омывает образец и затем проходит через него.Регулировка размера отверстия ирисовой диафрагмы апертуры конденсора регулирует числовую апертуру этого светового конуса.

Рисунок 8 — Плоскости объективного изображения

Плоскости изображения объектива представлены на рисунке 8, который иллюстрирует типичную внутреннюю линзовую систему объектива, плоскость образца (плоскость изображения (2), ) и относительное положение промежуточного изображения микроскопа (плоскость изображения (3) ).Плоскость образца сопряжена с промежуточной плоскостью изображения, и каждая из них отделена от главных плоскостей объектива расстояниями a и b соответственно. Передняя фокусная точка объектива обозначена как F ‘, а задняя фокусная точка, которая находится в плоскости задней апертуры объектива, обозначена как F . Внутренние линзовые элементы часто представляют собой сложные сборки, состоящие из полусферических и менисковых линз, двойных и тройных линз и одиночных линзовых элементов различной конструкции.

Рисунок 9 — Плоскости изображения окуляра

Окуляр (или окуляр) предназначен для проецирования реального или виртуального изображения, в зависимости от сложной взаимосвязи между промежуточной плоскостью изображения, фокальными плоскостями окуляра и внутренней полевой диафрагмой окуляра. Кроме того, диаметр фиксированной диафрагмы окуляра также определяет размер линейного поля, наблюдаемого микроскопистом. Это значение называется номером поля или номером поля зрения (сокращенно FN ) и часто наносится на внешнюю поверхность корпуса окуляра.

Плоскости изображения окуляра при использовании в режиме проецирования представлены на рисунке 9. Основными точками фокусировки являются F ‘ и F , передняя и задняя точки фокусировки, соответственно. Промежуточная плоскость изображения ( Плоскость изображения (3) ) расположена в центре фиксированной полевой диафрагмы окуляра, которая размещается либо до, либо после полевой линзы окуляра, в зависимости от конструкции. Эта плоскость изображения сопряжена с плоскостью изображения (4) и является местом, в которое вставляются фокусирующие и измерительные сетки окуляра.Длина a представляет собой расстояние от фиксированной диафрагмы окуляра до главной плоскости линзы (линзы, ближайшей к глазу наблюдателя), а b — это расстояние от линзы до плоскости изображения (4) , расположенной на поверхности сенсора. Поскольку a больше, чем переднее фокусное расстояние линз ( f ‘), изображение, сформированное в плоскости изображения (4) , является реальным (не виртуальным) изображением. Величина f обозначает расстояние от линз до задней фокальной плоскости окуляра ( F ), а также представляет собой заднее фокусное расстояние системы линз окуляра.

Рисунок 10 — Плоскости изображения датчика видео и ПЗС

Плоскости изображения на видео- и ПЗС-датчике представлены на рисунке 10, который иллюстрирует применение специализированной позитивной проекционной линзы для отображения на этих датчиках. Фокусная точка (F) расположена либо на фотокатоде видеотрубки, либо на поверхности матрицы ПЗС-фотодиодов, в зависимости от геометрии и других параметров детектора. Если проекционная линза расположена после окуляра в оптической цепи, то она сводит виртуальное изображение (расположенное в плоскости изображения (3 ‘), ) на поверхность датчика в плоскости изображения (4) .Эта плоскость изображения находится на расстоянии b от проекционной линзы, которое равно фокусному расстоянию линзы. Следует отметить, что обычная система пленочной камеры также может использоваться вместо видео или ПЗС-сенсора, и в этом случае плоскость изображения совпадает с плоскостью химической эмульсии, нанесенной на пленочную основу.

Когда изображения исследуются в микроскопе, промежуточное изображение (см. Плоскость изображения (3) на рис. 11 ) формируется объективом на расстоянии a , которое немного ближе к окуляру, чем его переднее фокусное расстояние ( F ‘).Это предотвращает формирование реального изображения после окулярной линзы, как показано на рисунке 9 для окуляра, работающего в режиме проецирования. Вместе глаз и окуляр формируют изображение на сетчатке (плоскость изображения (4) ), как если бы глаз видел виртуальное изображение.

Рисунок 11 — Формирование микроскопического изображения на сетчатке

В ситуациях, когда расстояние a меньше фокусного расстояния, то обратное уравнение, связывающее фокусное расстояние с a и b , показывает, что b должно быть меньше нуля.Следовательно, реальное изображение не формируется справа от окуляра в отсутствие глаза или камеры. Вместо этого виртуальное изображение (плоскость изображения (3 ‘), ) появляется на расстоянии, соответствующем -b (рис. 11) слева от окуляра (или b справа; см. Рис. 5). При наблюдении за изображением через окуляр луч, формирующий изображение, расходящийся через глазки, кажется, исходит от виртуального источника (расположенного в плоскости изображения (3 ‘) ).Световые лучи, выходящие из окуляра, образуют световой конус, который составляет выходной зрачок микроскопа, который также обычно называют точкой глаза или диском Рамсдена . Для правильного наблюдения увеличенных образцов выходной зрачок микроскопа должен совпадать со зрачком глаза наблюдателя.

Плоскости изображения 2, 3, 3 ‘и 4 (рисунки 7-11) связаны друг с другом геометрически, как показано на рисунке 12. На всех этапах построения изображения, за исключением плоскости изображения (3′) , изображение реальное и перевернутое (см. рисунки 7-11).Когда окуляр микроскопа используется для прямого просмотра (Рисунок 11), а не для проецирования (Рисунок 9), изображение в плоскости изображения (3 ‘) не является реальным, а виртуальным и не инвертируется относительно промежуточного изображения. Человеческий глаз не будет воспринимать изображение на сетчатке (плоскость изображения (4), ) как инвертированное, даже если изображение инвертировано относительно промежуточного изображения (плоскость изображения (3), ) и виртуального изображения (расположенного в плоскости изображения (3 ‘) ).

Некоторые из основных плоскостей изображения в микроскопе находятся либо в фиксированных, либо в регулируемых апертурах или диафрагмах, которые являются важными компонентами всех оптических систем. Диафрагма, также называемая упором , представляет собой непрозрачный затвор или крепление объектива с круглым отверстием (часто регулируемым), которое контролирует световой поток через микроскоп. В микроскопе используются два основных типа диафрагм: апертурная диафрагма , которая регулирует апертурные углы в микроскопе, и полевая диафрагма , которая контролирует размер поля, отображаемого прибором.Основная роль диафрагм в оптическом микроскопе — предотвращать попадание световых лучей с сильной аберрацией и рассеянным светом на плоскости изображения, а также обеспечивать подходящее распределение и интенсивность света как в объекте, так и в пространстве изображения.

Классическая конструкция микроскопа основана на двух апертурах и двух диафрагмах для контроля прохождения света через микроскоп. Полевая диафрагма, расположенная в светильнике или в основании микроскопа, представляет собой регулируемую диафрагму ирисового типа, которая определяет размер освещающего поля света.В передней фокальной плоскости конденсора расположена апертура конденсора, еще одна ирисовая диафрагма, которая используется для регулировки размера пучка и угла падения световых лучей на образец. Третья апертура имеет фиксированный размер и расположена в задней фокальной плоскости объектива. Эта апертура определяет диаметр выходного зрачка объектива и размер промежуточного изображения, а сопряженная фиксированная диафрагма в окуляре (полевая диафрагма окуляра) определяет размер поля зрения, видимого микроскопистом.

Общее увеличение микроскопа можно определить, учитывая свойства объектива и окуляров. Объективы корректируются для определенного расстояния проецирования, которое зависит от увеличения и примерно равно длине оптической трубки. В микроскопе с фиксированной длиной трубки это проекционное расстояние составляет около 160 миллиметров. Следовательно, объектив с фокусным расстоянием 8 мм будет иметь поперечное увеличение примерно 20x (160/8) с соответствующим увеличением в продольном направлении 400x (20×20).

Для визуального наблюдения предполагается, что увеличение окуляра равно единице, если образец (или изображение) находится на расстоянии 250 миллиметров от глаза наблюдателя. В связи с этим окуляр с фокусным расстоянием 25 миллиметров будет иметь значение увеличения 10x (250/25). Общее увеличение микроскопа для визуального наблюдения вычисляется как произведение увеличений объектива и окуляра. Для только что описанных объектива и окуляра общее боковое увеличение будет примерно 200x (10x окуляра, умноженного на 20x).Следует отметить, что большинство современных исследовательских микроскопов оснащено объективами с коррекцией на бесконечность, которые больше не проецируют промежуточное изображение непосредственно в промежуточную плоскость изображения. Вместо этого свет, исходящий от этих объективов, фокусируется на бесконечность, а вторая линза, известная как трубчатая линза , формирует изображение в ее фокальной плоскости. Волновые дорожки света, выходящие из объектива, сфокусированного на бесконечность, коллимируются, что позволяет вводить вспомогательные компоненты, такие как призмы дифференциального интерференционного контраста (ДИК), поляризаторы и эпифлуоресцентные осветители, на параллельный оптический путь между объективом и линзой трубки с помощью всего лишь минимальное влияние на коррекцию фокуса и аберраций.

Увеличение промежуточного изображения в оптических микроскопах с коррекцией на бесконечность определяется соотношением фокусных расстояний линзы тубуса и линзы объектива. Поскольку фокусное расстояние линзы трубки варьируется от 160 до 250 миллиметров (в зависимости от производителя и модели), нельзя больше полагать, что фокусное расстояние объектива составляет 160 миллиметров, разделенных на его увеличение. Таким образом, объектив с фокусным расстоянием 8 миллиметров в микроскопе с коррекцией на бесконечность с фокусным расстоянием линзы трубки 200 миллиметров будет иметь поперечное увеличение 25x (200/8).

У старых микроскопов с конечной или фиксированной длиной тубуса определенное расстояние от отверстия револьвера, где крепится тубус объектива, до гнезда окуляра в тубусах окуляра. Это расстояние обозначается как длина механической трубки микроскопа. Конструкция предполагает, что когда образец помещен в фокус, он находится на несколько микрон дальше, чем передняя фокальная плоскость объектива. Конечная длина трубки была стандартизирована до 160 миллиметров в девятнадцатом веке Королевским микроскопическим обществом (RMS) и пользовалась широким признанием на протяжении более 100 лет.Объективы, предназначенные для использования с микроскопом, имеющим длину трубки 160 миллиметров, имеют это значение на корпусе.

Добавление оптических принадлежностей на световой путь микроскопа с фиксированной длиной трубки увеличивает эффективную длину трубки до значения более 160 миллиметров. По этой причине добавление вертикального осветителя отраженного света, поляризационного промежуточного каскада или аналогичного приспособления может внести сферическую аберрацию в оптическую систему с идеальной коррекцией.В период, когда большинство микроскопов имели фиксированную длину тубуса, производители были вынуждены помещать в эти аксессуары дополнительные оптические элементы, чтобы восстановить эффективную 160-миллиметровую длину тубуса микроскопической системы. Стоимость этого действия часто заключалась в увеличении увеличения и уменьшении интенсивности света в результирующих изображениях.

Рисунок 12 — Сопряженные плоскости поля в оптическом микроскопе

Для записи изображений с помощью видеомикроскопа, камеры CCD с фотодиодной матрицей или классической микрофотографии с помощью пленочных камер после окуляра часто устанавливают специализированную позитивную линзу (см. Рисунок 10).Световые лучи, выходящие из окуляра, сфокусированного на бесконечность, собираются положительной линзой на плоскости фотокатода, матрицы ПЗС или фотоэмульсии. Если пренебречь увеличением линзы объектива, поперечное увеличение проекционной системы ( M (p) ) выражается как :

4
$$ M (p) = \ frac {f (p)} {f (e)} $$

, где f (p) — фокусное расстояние проекционного объектива, а f (e) — фокусное расстояние окуляра.В этой проекционной системе общее поперечное увеличение ( M ) на лицевой панели видеокамеры, матрице фотодиодов CCD или фотоэмульсии составляет : .

5
$$ M = M (o) + M (p) $$
6
$$ M = M (o) × M (e) × \ frac {f (p)} {250 миллиметров} $$

, где M (o) — увеличение объектива, а M (e) — увеличение линзы окуляра. Если за окуляром не используется проекционный объектив, а используется сам окуляр для проецирования изображения на датчик видеоизображения или фотоэмульсию, общее поперечное увеличение становится равным :

7
$$ M = M (o) × \ frac {D (p)} {f (e)} $$

, где D (p) — проекционное расстояние от окуляра до плоскости изображения.Чтобы избежать искажения изображения, следует использовать значение не менее 20–30 сантиметров для D (p) , если не используется специальный окуляр.

Увеличения, указанные производителем на оправе объектива или окуляре, являются номинальными и должны быть откалиброваны с помощью предметного микрометра для получения точного значения. Измерения увеличения выполняются путем размещения предметного столика-микрометра в плоскости образца (на предметном столике микроскопа) и визуализации мелкопериодных линий в идентичных оптических условиях.

В некоторых случаях датчик камеры размещается непосредственно в промежуточной плоскости изображения без наличия проекционного окуляра, что приводит к увеличению изображения, ограниченному увеличением, создаваемым объективом. Этот метод рекомендуется только тогда, когда производительность видеосистемы ограничена абсолютным количеством доступного света, поскольку такое фиксированное увеличение налагает серьезные ограничения на возможность оптимизации качества окончательного видеоизображения.

Рисунок 13 — Оптические тракты с коррекцией на бесконечность

Таким образом, пути лучей через микроскопы конечной длины и с поправкой на бесконечность рассмотрены и проиллюстрированы на рисунках 12 и 13.Оптическая система микроскопа с конечной (фиксированной длиной трубки) проиллюстрирована на рис. 12, , которая включает в себя основные оптические элементы и следы лучей, определяющие взаимосвязь между плоскостями изображения. Образец, расположенный на небольшом расстоянии перед передней фокальной плоскостью объектива, отображается через сопряженные плоскости на сетчатке глаза в плоскости изображения (4) . Линза объектива проецирует реальное перевернутое изображение увеличенного образца на промежуточную плоскость изображения микроскопа ( Image Plane (3) ), которая расположена в центре полевой диафрагмы окуляра на фиксированном расстоянии за объективом.На рисунке 12 задняя фокальная плоскость объектива расположена в месте на оптической оси, обозначенном F ‘(объектив) , а расстояние между этой фокальной плоскостью и промежуточной плоскостью изображения представляет собой длину оптической трубки микроскопа.

Промежуточное изображение с воздуха дополнительно увеличивается с помощью окуляра микроскопа и дает прямое изображение образца на поверхности сетчатки, которое микроскописту кажется перевернутым. Как обсуждалось выше, коэффициент увеличения образца рассчитывается с учетом расстояния между образцом и объективом, а также переднего фокусного расстояния системы линз объектива ( F (Объектив) ).Изображение, полученное в промежуточной плоскости, дополнительно увеличивается в 25 сантиметров (так называемое расстояние до глаза), деленное на фокусное расстояние окуляра. Визуальный образ (виртуальный) кажется наблюдателю так, как если бы он находился на расстоянии 10 дюймов от глаза.

Большинство объективов корректируются для работы в узком диапазоне расстояний до изображения, и многие из них предназначены для работы только в специально скорректированных оптических системах с соответствующими окулярами. Увеличение, указанное на тубусе объектива, определяется длиной трубки микроскопа, для которой он был разработан.

Рисунок 14 — Сопряженные плоскости оптического микроскопа

На рис. 13 показана оптическая система микроскопа с коррекцией на бесконечность, использующая следы лучей. Компоненты этой системы обозначены аналогично системе с конечной длиной трубки (рис. 12) для облегчения сравнения. Здесь увеличение объектива определяется фокусным расстоянием линзы трубки. Обратите внимание на бесконечное «афокальное» пространство, которое определяется параллельными световыми лучами на каждом азимуте между объективом и линзой трубки.Это пространство, используемое производителями микроскопов для добавления дополнительных принадлежностей, таких как вертикальные осветители, призмы ДИК, поляризаторы, пластины замедления и т. Д., С гораздо более простыми конструкциями и с небольшими искажениями изображения. Увеличение объектива в системе с коррекцией на бесконечность равно фокусному расстоянию линзы трубки, деленному на фокусное расстояние объектива.

В оптическом микроскопе сопряженные плоскости отображаются друг в друге, и их можно наблюдать вместе, исследуя образец в окуляры.Эта концепция проиллюстрирована на Рисунке 14 с изображением окрашенного тонкого среза растительной ткани, наложенного на радужные листья полевой диафрагмы и фокусирующей сетки в промежуточной плоскости изображения окуляра. Полевая ирисовая диафрагма, примыкающая к линзе коллектора лампы, резко отображается в той же плоскости, что и образец, конденсатором микроскопа. Изображения как полевой диафрагмы, так и образца формируются объективом в промежуточной плоскости изображения и проецируются на фиксированную полевую диафрагму окуляра, где расположена фокусирующая сетка.Затем окуляр (вместе с глазом наблюдателя, расположенный в плоскости изображения (4), ) формирует изображения всех трех предыдущих плоскостей изображения на сенсорной поверхности системы формирования изображения или сетчатке человеческого глаза. Полевая диафрагма, образец, промежуточное изображение и сетчатка — все это представляет собой набор сопряженных плоскостей изображения, которые одновременно появляются в фокусе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *