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尼康显微镜,立体显微镜简介

2013-10-16  发布者:admin 

凯鲁宾奥尔良1671被设计和建造的第一个立体式显微镜具有双目镜和匹配物镜,但实际上是一个系统,只能由应用辅助镜片实现图像勃起伪立体仪器。

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奥尔良设计的一个主要缺点是,左侧的图像被投射到右目镜和形象工程的左目镜右侧。它不是直到150年后,当查尔斯惠斯通爵士写了一篇论文,双目视觉立体显微镜有足够的利益刺激进一步开展工作提供动力。

在十九世纪中叶,弗朗西斯·赫伯特·温汉姆伦敦设计的第一个真正意义上成功的体视显微镜。威纳姆将一种新颖的方法,通过利用一个消色差的棱镜分割的光束在一个单一的物镜后部。几年后,约翰洁具斯蒂芬森产生了类似的仪器(见图1)。该威纳姆双目,显微镜的设计出名,出现所带来的单透镜的工件,实际上并没有产生真实的立体效果。

霍雷肖·格里诺,在1890年年初,美国仪器设计师,推出设计新颖,是成为现代立体显微镜的祖先。格里诺说服卡尔蔡司耶拿公司生产的显微镜,但不是纳入格里诺的镜头系统架设,蔡司的工程师设计了反相的棱镜产生一个直立的形象。这种设计的时间(和大量显微镜)经受住了考验,并在医疗和生物解剖整个二十世纪是一个主力。在显微镜仍然是一个喜爱为许多特定的应用。

体视显微镜制造在上半年的20世纪,或者因为它们被称为解剖显微镜,很像传统的复合显微镜的时代。他们是沉重的,主要是由黄铜构成,利用棱镜图像勃起,并有简单的透镜系统,由一个或两个双峰。工作距离是成反比的放大倍率,并且在可用的最高的放大倍率是相当短的。这些显微镜主要用于清扫被雇用,因为很少有工业应用,涉及小型组件,需要用显微镜进行检查。即使制表大师用单眼放大镜!

于1957年,第一届现代体视显微镜是由美国光学公司在美国推出。命名的邪神®,这一突破性的设计特色压铸铝外壳,一个恒定的工作距离(即,在4英寸,是生产时间最长的之一),和内部变倍,允许观察员,以增加物镜放大倍数从0.7倍到2.5倍,在五个步骤。此外,在显微镜采用一体式玻璃架设棱镜,配有多种附件,包括看台上,手臂和照明,以及符合1950的造型与双色调的灰色涂装方案(见图2)。显微镜的名字是来自一个单一的大的中心物镜底部,通过它的身体的左,右光路的累计光从试样。

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在以后的显微镜,邪神功能被更名为共同的主要物镜CMO)。本设计采用一个单一的大的物镜,其中,当聚焦在试样上,形成图像在无穷远处。邪神,不像大多数早期的体视显微镜设计,有螺纹安装在较低的镜身,以确保物镜位置下方包含一个可旋转的鼓两对的无焦伽利略式望远镜。当鼓转动,望远镜透镜,用于在正向和反向两个方向(放大和挡土墙),得到4个不同的放大倍率。第五倍率导致从一个开放的通道,没有玻璃。伽利略镜头系统有一个小的焦距,一个非常小的视场直径,很少有放大倍数超过2倍或3倍的优势。2X伽利略镜头将提供2倍或1/2X倍率,取决于方向,并产生许多变化,可以安排配对。邪神的头部包含了现在被称为管镜头,架设棱镜,目镜和一对。这种显微镜早期的半导体制造商,尤其是西电迅速走红。

两年后(1959年),博士伦推出了体视显微镜与邪神竞争,但与提前尖端:无级变速,或放大,缩小,放大倍率。提及的® StereoZoom,这种显微镜无需架设棱镜的第一个立体显微镜和被塑造格里诺周围的基本设计,这将在下面详细讨论的。而一般为的邪神(图3)的大小和形状相同,并有相似的工作距离的一个可比较的放大倍率范围(0.7倍至3.0倍)。显微镜还精选了一个新的博士伦发明:四个第一面镜子增强铝涂层,这是战略定位来执行的功能倾斜棱镜和保罗架设棱镜。直立在立体显微镜图像是有用的,因为显微镜观察时常常必须对试样进行交互式操作。如清扫的任务,微焊接,工业装配,或注射的卵母细胞时,更方便地进行试样具有相同的物理显微镜舞台上的方向,因为它通过目镜观察时。此外,真正的空间关系的研究标本功能是借助于一个自然的,直立的形象。

在除具有棱镜配备显微镜相比,以较低的成本,StereoZoom重量也较轻。基本显微镜系统或“电源盒”,因为它被称为,辅之以辅助镜头,目镜,照明,臂和支架,所有生产引领潮流的风格,忍受了40多年的一个巨大的选择。接受StereoZoom一个迅速崛起的半导体产业是直接和长寿命。这种体视显微镜新颖的设计为主的市场多年,直到在2000年徕卡停止生产,在1980年的美国光学,Bausch & Lomb,Leitz,Reichert,Wild结合显微镜资源。

stereozoom

在1960年代初,变焦体视显微镜,尼康,奥林巴斯,优利康,和其他(不那么广为人知)的日本公司已开始使他们的存在在美国推出。总的来说,日本,美国和欧洲的显微镜制造商继续推进“更大,更好的”立体显微镜,有许多新的功能的发展。这些进步,加快由高速计算机,这使得它可行的光学设计,以解决复杂的问题,建立有效的可变倍率变焦镜头系统校正光学像差的发明。

今天的体视显微镜设计具有高数值孔径物镜产生高对比度的图像,它的最低数额的耀斑和几何失真。观察管可容纳高视点目镜的视场可达至26毫米,允许的形象和标线成为关注的焦点,同时要合并带屈光度调节。此外,许多车型的运动高变焦倍率(高达12倍至15倍),提供了一个广泛的放大倍率范围(2x和540X之间),并减少必要改变物镜。纳入显微镜设计的人机工程学特性,有助于减少在长时间操作的疲劳,和新的配件,使现代立体显微镜图像是不切实际的标本,只不过几年前。

人眼和脑功能在一起,产生被称为立体视觉,它提供了空间,我们周围的物体的三维图像的。这是因为大脑的解释,从视网膜接收的两个略有不同的图像。平均人眼是由约64-65毫米的距离分开,每只眼睛感知的对象从一个有些不同的观点,由几度从其他不同。当传递到大脑,图像融合在一起,但仍保留的深度知觉,这是真正了不起的高度。体视显微镜利用这种能力能够感知的深度,通过发送倾斜一个小角度(通常为10度和12度之间),以产生真实的立体效果的两张图像。

体视显微镜设计

在某些立体显微镜系统中,利用两个独立的复合式显微镜的光学列车,每个目镜组成,一个物镜,和中间透镜元件的成像标本。其他的设计采用两个个别的光路之间共享一个共同的物镜。两个不同的图像,从略有不同的视角,预计,在那里他们到显微镜的视网膜上刺激神经末梢,将信息传输到大脑进行处理。结果是一个单一的三维图像的分辨率是有限的显微镜的光学系统的参数,并在视网膜上的神经末梢的频率,很象在照相胶片或像素密度在电荷耦合器件的最大粒径的试样(CCD)的数码相机。

体视显微镜可大致分为两个基本系列,每个都具有正面和负面的特性。最古老的的显微立体系统,命名的发明者格里诺后,采用双管体都倾向于产生立体效果。一个较新的系统,称为共同的主要物镜(上面介绍的),利用一个单一的大物镜之间共享的一对目镜管和透镜系统。可以配备阶梯型改变放大倍数的单个透镜或连续可变的放大系统放大型的任一种类型的显微镜。以下讨论涉及斯瑞特格里诺和共同的主要物镜体视显微镜设计的优点和缺点。

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格里诺设计,蔡司在二十世纪之交的引入,由两个相同的(对称)光学系统包含一个单独安排在一个外壳内(图4)精确对准目镜和物镜。这种设计的一个主要优势是因为物镜是非常相似的设计那些利用经典的复合显微镜,可以得到高数值孔径。在一般情况下,管体的下部,含有细长的物镜,是锥形的,在最佳聚焦的物体面收敛。管体的上端部的一对图像投影到观察者的眼睛,通常有一对标准的目镜。大小,焦点,旋转和围绕两个图像必须保持恒定在非常严格的公差范围内,使眼睛浏览了基本上相同的场景。一个偏离同一性是稍微不同的观看角度的限制,每个图像被投射到视网膜。由于会聚角,通常范围从10到12度,在现代设计中,左眼观看的对象从左侧,而右眼视图的右侧从稍微不同的角度相同的对象。

一对架设棱镜或反射镜系统是利用旋转和反转放大的影像接收到的物镜,并呈现给观察者,因为它会出现不用显微镜。在某些设计中,在建造时,该管体的直线的视线,而其他登记借助于额外的棱镜,以允许倾斜管和一个更自然的观看位置的显微镜。由于图像形成的光线通过复杂的透镜系统的图像质量中心绕其中心是对称的,为的是与大多数化合物显微镜的情况下。此外,在格里诺型显微镜的光学像差的校正是较常见的主要物镜设计难度较低,是因为镜片上更小,轴向对称,不严重依赖于物镜周边光线穿过。

格里诺显微镜设计,由于每个机构管从一个共同的轴斜分离产生失真神器。称为梯形失真校正的效果,这种失真会导致右眼的左侧的区域,以显示略小于上的同一图像的右手侧,和当然,相反的是真正的左眼的图像(参见图5)。产生梯形失真相对于试样的平面是倾斜的,每个管体所产生的中间图像,并且相对于彼此倾斜,因此,仅在中央区域是在相同的放大倍数在同时进行的重点从这一事实。其结果是视野外周部的集中,或轻微的实际试样平面的上方或下方,并且有非常小的差异,在倍率,虽然眼睛通常弥补这种效果,而且往往是不引人注物镜显微镜。然而,在长期的观察期,疲劳,眼睛疲劳,可以加速梯形效果。

横跨领域格里诺立体显微镜的放大倍数和焦点的小的变化,可能会注意到,在通过一个仪器侧面的照片或视频图像,特别是如果该对象是主要平面和直线形的。显微摄影,很容易通过倾斜补偿的试样或束路径之一,以使显微镜的光学轴垂直于横向试样平面的倾斜角度所带来的焦点不连续。线性目镜网格与掩模版进行测量时,应在垂直方向上定位,以尽量减少梯形失真的效果。另一个解决方案是给小费的标本或显微镜的5或6度和否定的收敛。

共同的主要物镜体视显微镜设计中心在一个单一的,大口径物镜的折射作用,通过它的左,右光路的查看对象。每个通道作为一个独立的光学列车平行的其他操作(它们也被称为平行显微镜是由于这个原因,图4),并且有单独的通道,物镜(的图像被投影到无穷大)之间的准直光。这样的安排保证收敛性的左,右的光轴重合,在试样平面上的焦点。平行轴安排,因为这通常是扩大到包括目镜,左和右图像被认为很少或根本没有收敛的显微镜技术的眼睛。常见的主要物镜系统的一个主要优点是,物镜的光轴的试样平面是正常的,在目镜焦平面的图像不存在固有的倾斜。

虽然在大多数情况下,还有常用的试样10至12度的收敛,大脑不用于解释三维图像的不收敛,从而导致特定CMO立体显微镜的一个独特的异常。通过这种类型的显微镜观察时,试样的中心部分会出现略微高起,使平坦的试样现在出现的具有凸形状。例如,将有一个硬币的中心厚的外观,所以倒在平坦表面上时,就成了从一侧到另一侧摇动。此工件是指作为透视失真,但应该不会造成问题,除非是利用显微镜法官平整度或高度(参见图5)。具有复杂的或圆形的形状的试样,而显示一定量的透视失真,通常不出现被扭曲时,通过体视显微镜观察。

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透视失真,有时也被称为隆起球状的效果的,从梯形失真和枕形失真的组合的结果。作为一个例子,在图5中是一个略微夸张的图中的一个美国林肯硬币,一个圆盘形的平面的硬币,将如何出现在体视显微镜透视失真严重。原来的钱是在顶部的插图所示,有一个平坦的表面。正下方投影的图像的左眼和右眼,这表明显微镜的中心轴朝向一个不对称的枕形失真,同时通过显微镜。最终的结果是感知的圆顶或地球状的物体时,从两个目镜的图像被投射到视网膜和大脑中的融合在一起。最高端研究级常见的主要物镜各大 ​​厂商所产生的立体显微镜已几乎消除了这件神器,但它仍然出现在一些不太昂贵的显微镜。

经常遇到的共同的主要物镜立体显微镜而另一件是,在每个图像的中心出现少量的离轴像差,像散,彗差和横向色差。会出现这种情况,因为每个光信道接收从偏离中心区域的大物镜的光线,而不是直接从中心的像差(特别是那些发生离轴)在最低限度或几乎不存在与在镜头最好的光学修正。效果一般不会注意到,当两只眼睛查看标本,但整个领域的显微照片或数字图像可能有不对称的几何。

在一般情况下,色差改正,特别是考虑到大尺寸和体积的玻璃,用于制造物镜是困难和昂贵的。有些奇美立体设计有这样的一个非问题,提供设施,以抵消中央大物镜,定位轴的左侧或右侧通道。其他显微镜的设计,甚至提供与传统的无限远校正物镜,可以用来查看和照片在高放大倍率(数值孔径)标本更换大物镜的一种手段。

与大多数现代显微镜,最大的一个共同的主要物镜立体显微镜的设计特点和实际优点是在无限远光学系统。准直的光通路,有两个平行的轴通道之间存在的物镜和活动盖/观察筒组件(在图6中标记为无穷大空间)。这允许轻松引入到显微镜的身体和头部之间的空间中的配件,例如分束器,同轴落射照明,照片或数字视频中间管,拉丝管,立管,眼平与图像传输管的。另外,也可以将这些配件的物镜和变焦机构之间的空间中,虽然在实践中很少这样做。由于光学系统产生的平行束光线之间的身体和显微镜头,添加的附件不引进重大畸变或在显微镜下观察到的图像中的位置转移。这种多功能性是不可用在格里诺原则设计的体视显微镜。

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这是一个艰巨的任务来确定这两个设计(CMO或格里诺)是优越的,因为有没有普遍接受的标准,体视显微镜系统之间的性能比较。共同的主要物镜显微镜,在一般情况下,有较大的比格里诺设计的聚光能力,往往更高度校正光学象差。一些观察和显微摄影最好进行利用奇美电子显微镜,而其他情况下可致电独家格里诺设计功能。因此,每个显微镜必须做出决定是否将一个设计更适合的任务在手,并使用这些信息来制定一项战略,立体显微镜调查。

在大多数情况下,格里诺或共同的主要物镜立体显微镜之间的选择通常是基于上的应用,而不是一个设计是否优于其他。格里诺显微镜中通常采用“主力”的应用,诸如焊接微型电子元器件,生物标本解剖,和相似的例行任务。这些显微镜都比较小,价格低廉,非常坚固耐用,使用简单,且易于维护。常见的主要物镜显微镜通常用于更复杂的应用要求较高的分辨率,先进的光学和照明配件。这些显微镜配件的广泛的研究领域借给自己的实力。在许多工业的情况下,可能被发现在生产线,而共同的主要物镜仅限于研究和开发实验室显微镜格里诺显微镜。另一个考虑因素是显微镜购买的经济性,特别是在一个大的范围内。常见的主要物镜立体显微镜可以花费几倍超过一个格里诺显微镜,这是一个首要考量制造商可能需要几十到几百的显微镜。不过,也有例外。如果一个共同的主要物镜显微镜工作的更好的工具,真正的拥有成本可能会低于中结束。

在立体显微镜放大倍率:物镜和目镜

实现了在立体显微镜的总放大倍数的物镜和目镜的放大倍数的商品,加上所提供的任何中间体或外部的辅助放大透镜系统。多年来,已经开发了一些独立的方法来改变(增加或减少)立体显微镜的倍率。在最简单的显微镜,物镜(或单物镜在CMO设计)被永久地安装在下部主体壳体,只能通过引入不同功率的目镜改变倍率。稍微复杂的显微镜有可互换的物镜,使总放大系数进行调整,也可以使用较高或较低的功率物镜,或代以不同的放大倍率的目镜。在这些模型中的物镜安装螺纹或夹子,这使相对快速的转换到一个新的放大倍率。

中层立体显微镜都配有一个滑动物镜住房或旋转炮塔包含几个匹配套的物镜,以产生不同的放大倍率。为了调整显微镜的放大倍率,操作人员只需扭动炮塔定位一个新的辅助配对设定的物镜下方的通道管。具有这种设计的显微镜曾经非常流行,但今天很少制造。

最高质量的体视显微镜配备的变焦透镜系统或一个含有利用来增加和减少整体的放大倍率的伽利略望远镜的旋转滚筒旋转滚筒的系统的功能作为一个不可分割的中间管(或片),可以设置成通过旋转感光鼓的光学路径的成对的组透镜。在大多数车型,正销槽充当“点击停止”,以确保镜头安装到正确的路线,标记,通知运营商新的放大倍率。感光鼓通常有一对空的透镜安装座没有辅助透镜,而且可以放置到光路中不采用附加的放大,允许使用的物镜和目镜组合。

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放大系统(图7中所示),提供一个连续可变放大倍率的范围内,可以进行调整通过转动旋钮位于显微镜主体的外周上,或集成身体本身的内部。这种设计消除了空白指出,发生可能的视力丧失之间的空间关系标本功能倍率改变时在离散,阶梯设置。在一些上了年纪的文献中,变焦系统通常被称为作为希腊字后的pancratic系统为“每一个”  “权力”。变焦比4  1和15 1 之间变化,这取决于显微镜年龄,制造商和模型。一般情况下,变焦透镜系统至少包含一个三透镜组,争取为每个组的两个或两个以上的元素,相对于彼此策略性定位。通道管内的一个元素是固定的,而其他两个顺利地翻译和向下精密凸轮的通道内。该系统被设计为允许快速和连续的倍率变化,而 ​​且可保持聚焦显微镜。变焦系统,附加透镜元件,利用继电器和/或竖立前的图像投影到目镜。一些新的体视显微镜模型采用积极的,点击停止,变焦范围在选定放大位置,提醒显微镜。这种区分是必要的校准放大倍数在一个给定的功率步骤,功能经常执行线性测量时,发现有用的。

早期的体视显微镜变焦镜头系统有一个约7倍至30倍的放大倍率范围。放大系数缓慢增长为改善这一类显微镜的光学性能,现在更近的学生显微镜配有变焦范围在2倍和70倍之间。中层体视显微镜上放大倍数限制在250x和400x之间,而高端研究显微镜运动变焦系统,可以达到超过500倍的放大倍率变焦倍率因素。辅以深度为外地工作的距离远远大于被发现在复合显微镜具有等效倍率的放大倍率范围广。在现代立体显微镜的工作距离在20毫米和140毫米之间变化,这取决于物镜放大倍率和变焦比。与另外的专门的辅助工作装置的镜头,工作距离为300毫米或以上,可以实现。场直径也远大于那些达到复合显微镜。

专门设计的体视显微镜(图8),可以安装在辅助附件镜头物镜桶。在一般情况下,该附件透镜螺纹旋转到物镜筒的前部上设置出相配的螺纹。其它版本附加到桶与夹紧装置。这些镜片启用的显微镜​​来增加或减少的首要物镜的放大倍数。

附件透镜是有用的,当图像质量不是最重要的因素,因为光学校正不能被准确执行由于镜头没有安装在相同的位置上,每次它是连接的事实。此外,附加透镜修改的物镜焦距(试样和物镜前透镜元件之间的距离)。增加了显微镜的放大倍率透镜,也将同时呈现很短的工作距离,而辅助透镜用于减少放大产生相应的工作距离的增加。

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现代体视显微镜都配备了标准化的广角高视点目镜,可在放大倍数从5倍到30倍的约5倍的增量。这些目镜可使用带或不带眼镜,保护橡胶杯是可避免的显微镜技术的眼镜和目镜眼透镜之间的接触。

目镜一般都配有一个屈光度调节,以允许同时聚焦在试样和测量分划板和双目显微镜观察管座(头),使操作员能够目镜之间的不同的瞳距:55〜75在一个范围内的可移动的管毫米。瞳距调整通​​常是通过相对于它们的光轴旋转棱镜机构。物镜是固定的,因为在棱镜之间的关系,调整不改变的立体效果。这种便利在长期观察期间减少疲劳,但是当仪器所使用的多个运营商需要重新调整。需要注意的是显微镜谁戴眼镜纠正短视和眼睛之间的视觉差异也应该戴眼镜显微镜。佩戴的眼镜只为近距离工作应除去在观察​​过程中,每隔一段距离,因为在显微镜产生的图像。

的视场(有时缩写为视场角),它是可见的,在焦点观察在显微镜标本时,确定由物镜的放大倍率和固定在目镜的视场光阑的大小。倍率增大时,在任何一个传统的或立体显微镜,场大小减小,如果目镜光阑直径保持恒定。相反,当放大倍率减小,增大视场的固定目镜光阑直径。改变目镜光阑开口(这必须在制造过程中)的大小将增加视场中,在固定倍率(更大的隔膜大小),或减少视图(较小光圈的大小)视场。

大多数化合物和立体显微镜目镜,视场光阑的实际直径(位于在前面或后面的目镜视场透镜)以毫米为单位测量,称为视场数,也就是常简称简称简称为FN视场光阑和视在光电场大小的实际物理大小可以变化膈下具有场透镜目镜设计。测量和显微摄影光罩放置在目镜的视场光阑的平面,以试样在相同的光学共轭的平面显示。

目镜,通常在外壳上的外部刻,视场数的被划分的物镜,定量地确定场大小的放大倍率。也应包括在计算的变焦设置,且任何附加配件插入到光路中,可以具有倍率。然而,目镜放大倍率是不包括在内,这是一种比较常见的错误由新手在显微镜。当需要更宽的视野,在显微镜应选择具有较高的场数的目镜。在较低的放大倍率范围,体视显微镜有相当大的视野比传统实验室的复合显微镜。用10倍目镜和一个低倍率的物镜(0.5倍)的典型的字段的大小是约65至80毫米(根据变焦倍率),这大大超过大小(约40毫米)的化合物在可比较的放大倍率的显微镜观察。这些大的字段大小需要一个高的照度,并且,通常难以在整个视场中,以提供持续的照明水平。

在立体显微镜的分辨率和景深

在立体显微镜的分辨率是由照明的波长和物镜的数值孔径,只是因为它是与任何其他形式的光学显微镜。的数值孔径是衡量的物镜的分辨能力,被定义为二分之一的物镜的成像介质,这是在立体显微镜通常是空气的折射率乘以孔径角。除以照明波长(单位:微米)的数值孔径,辨别两个样本点之间的最小距离,由下式给出方程(罗利判据)


分辨率 (d) = 0.61 × λ / (n × sin(θ))

 

ð是最小可分辨距离,λ是照射波长(通常大约550纳米为中心的混合物在立体显微镜),Ñ的物镜和标本之间的介质的折射率,θ是物镜二分之一的孔径角。作为一个例子,一台尼康SMZ1500体视显微镜配有1.6倍的复消色差物镜具有0.21的数值孔径,将有最大分辨率为约1.6微米,当试样被照明的白色的光的波长为550纳米的平均。需要注意的是计算值的1.6倍的物镜的分辨率假设之间的试样的成像介质和空气的物镜。制造的常见的主要物镜立体显微镜的物镜通常不同的放大倍率从0.5倍到2.0倍,与3个或4个中间值。

放大倍率,工作距离,并在不同的放大倍数数值孔径的典型的体视显微镜物镜列于表1。在过去,一些制造商指定的颜色代码到他们的体视显微镜的物镜放大倍数值。表1还列出了一系列尼康体视显微镜物镜具有这种识别信息的颜色代码分配。请注意,很多厂家不分配一个特定的颜色代码,体视显微镜物镜,物镜只是为了提醒读者一些物镜可能会显示这个和其他专门的专有术语和表1中列出的代码。

体视显微镜物镜的规格

物镜
放大倍率
色标 数值
孔径
工作
距离
(毫米)
ED Plan 0.5X 红色 0.045 155
ED Plan 0.75X 黄色 0.68 117
ED Plan 1X 0.09 84
ED Plan 1.5X 绿色 0.14 50.5
 ED Plan 2X 蓝色 0.18 40
Plan APO 0.5X N / A 0.066 136
Plan APO 1X N / A 0.13 54
Plan APO 1.6X N / A 0.21 24
表1

体视显微镜物镜的分辨能力仅由物镜的数值孔径和目镜的光学参量是没有影响的。交换时为20倍或更高的放大倍率目镜10倍目镜总精度不会受到影响,但在较低的放大倍率是不可见的标本细节往往会被显示目镜倍率增大时。最高的功率目镜(30倍或更高)可能接近空的放大倍数,尤​​其是当总显微镜的放大倍率超过的情况下,从物镜的数值孔径。为了衡量和比较显微镜的性能,通常以每毫米线对(LP /月)的分辨率值。在上面讨论的尼康1.6倍的物镜的情况下,分辨率接近每毫米630线对,在最佳条件下。

辅助工作装置的镜片,在功率范围从0.3倍到2.0倍,可以改变体视显微镜的光学系统的工作距离和分辨能力。的分辨能力的影响是在一般情况下,辅助透镜的放大系数成比例。该字段直径是成反比的放大系数,而景深的放大系数的平方成反比。工作距离的变化成反比的倍率,但难以计算,因为该函数是不是线性的。此外,使用这些辅助镜头不会有显着影响,在大多数情况下,图像亮度。

数值孔径和等效光圈数

数值孔径 光圈数
0.023 21.7
0.029 17.2
0.052 9.6
0.085 5.9
0.104 4.8
0.118 4.2
0.128 3.9
0.131 3.8
表2

设计适合一般摄影镜头被评为一个系统,是基于光圈数(简称F),而不是数值孔径(表2)。事实上,出现这两个值不同,但实际上表达了同样的数量:一个摄影镜头或显微镜物镜的集光能力。以两倍的值的倒数,可以很容易地转换为数值孔径(反之亦然)的光圈数


光圈数(f) = 1 / (2 x NA) NA = 1 / (2 x f)

 

数值孔径(在显微镜)乘以物镜的孔径角的成像介质的折射率相等。计算的F数除以孔径的透镜系统的焦距。如果一个50毫米的焦距镜头具有相同的孔径直径为100毫米的透镜,在较短的透镜具有与较长的F数的两倍。的最大直径是一样的,在这两个透镜的情况下,大小是F / 2为50毫米的透镜和F / 4的100毫米的透镜。

孔直径是固定在立体显微镜物镜的情况类似,与传统的复合式显微镜物镜。由于显微镜的放大倍率的增加或减少通过改变变焦倍率,焦距也相应地改变。在较高的放大倍数,焦距增加,而相反的孔的直径的比值是真实的倍率降低。

2.0倍的体视显微镜物镜的焦距的1.0倍的物镜,这反过来,一半的0.5倍的物镜的一半。在一些尼康SMZ系列体视显微镜(U,10a中,800,和1000),具有0.5倍的物镜的焦距为200毫米,而1.0倍为100毫米,和2.0倍物镜的焦距为50毫米。变焦系统孔径(比较物镜)的相对大小的函数来控制整个显微镜系统的F数(数值孔径)。最新型号的显微镜,如SMZ1500,物镜焦距已减少,以增加总的系统的数值孔径。因此,SMZ1500设计的0.5倍的物镜有一个160毫米焦距,具有等于二分之一和四分之一的0.5倍的透镜的焦距的1.0倍和2.0倍的物镜,分别。

一些制造商供应的适配器环,允许为特定的显微镜上使用其他(通常较早型号)立体显微镜设计的物镜。在一些情况下,两个具有相同的放大倍率的物镜可以有不同的焦距,由于在管透镜和变焦通道孔径规格的变化。作为一个例子,尼康SMZ-U体视显微镜1.0倍物镜的焦距为100毫米,而后来的模型SMZ1500显微镜采用焦距为80毫米的物镜具有相似的放大倍率和光学校正。之间的差异的两个显微镜设计的变焦系统孔径的大小,这将导致在较短的焦距为SMZ1500系列物镜。当交换具有相同的放大倍率,但不同焦距的物镜,一个额外的因素,必须引入总放大倍数计算校正的焦距差异。

体视显微镜景深物镜

物镜 变焦倍率 数值
孔径
景深
(千分尺)
10倍 15倍 20倍 30倍
HR PlanAPO 1X 0.75 0.023 1,348 1,072 934 796
1 0.029 820 655 573 491
2 0.052 239 193 170 147
4 0.085 80 66 59 52
6 0.104 48 41 37 33
8 0.118 35 30 27 25
10 0.128 28 24 22 21
11.25 0.131 26 21 21 19
表3

景深是一个重要的概念,在立体显微镜(也许甚至比光学显微镜与其他常见的形式),并强烈地受到总放大倍数的仪器,包括的物镜和辅助附件镜头的贡献。在50倍的放大倍数下,使用1倍的物镜(数值孔径0.10),10倍目镜,和一个放大系数为5,景深所表现出典型的体视显微镜是约55微米。如果2倍的辅助透镜被添加到当它被配置为工作在50倍的显微镜,新的放大倍数是100倍,但景深下降至约14微米,大幅减少的值(55微米)没有辅助镜头。在这种情况下,它是明智的改变目镜倍率从10倍到20倍,以达到增值的放大倍率,以便保留字段值的深度较大(见表3)。通过增强的光学校正(例如,从复消色差透镜消色差)增大物镜的数值孔径也将产生景深适度减少。

深度尼康计划复消色差1个物镜视场值在表3中,他们被列为变焦放大倍率和目镜放大倍率的函数。很明显,从表中的数据,数值孔径的增加而增加的变焦倍率,而景深随目镜和变焦放大系数减小。 

物镜和目镜之间的双可变光阑的尺寸减小,可以增强景深。此隔膜使用滚轮或控制杆在显微镜主体壳体的打开和关闭。实际上有两个膜片,一个用于每个信道,在共同的主要物镜体视显微镜设计。这些隔膜的作用是产生增加景深,同时提高在目镜中观察到的标本的对比。领域的深度和数值孔径变化,光圈大小的函数,如表4所示,尼康计划复消色差1X物镜的最高变焦倍率系数(11.25)。由于膜片的大小是减速,利用10倍目镜增加景深从26毫米至89毫米,约增加200%。同时,数值孔径从0.131的值下降至0.063,或几乎100%。更高的目镜的放大倍数观察到类似的效果。

 

景深和数值孔径

光圈大小

数值
孔径
景深
(千分尺)
10倍 15倍 20倍 30倍
0.131 26 22 21 19
0.095 44 39 37 35
0.063 89 83 79 76
表4

关闭光阑也将产生一个整体光强度下降,增加曝光时间,数字和胶片相机系统。在大多数情况下,隔膜的最佳设定是通过实验确定。由于隔膜正在慢慢关闭,开始显示图像的对比,光照强度慢慢变淡。在某些时候,根据显微镜的光学结构,在图像中开始降低,试样表现出衍射现象而分钟的结构的细节消失。的最佳设置是最大的标本细节和目镜,在胶片上,或在数字图像中所看到的最大对比度之间的平衡。

显微摄影和数码影像

格里诺和共同的主要物镜立体显微镜图像采集,利用传统的显微摄影技术(膜)或通过先进的数字成像很容易适应。通常采用显微摄影作为一种工具,用于记录标本的细节之前,具有高功率复合式显微镜的观察和成像的空间分布。这种技术通常是必要的生物标本,解剖,染色,并进行选择性安装。

在立体显微镜,数字成像和显微摄影的主要关注是低数值孔径的物镜,而无法捕捉电影(数字图像)通过目镜观察到的巨大的景深。也有一些制约因素时,应考虑通过一个单一的机构管利用格里诺风格的体视显微镜拍摄标本。由于显微镜的物镜的位置以一个小角度的试样,在显微镜目镜看到的深度和分辨率还没有记录在胶片。一些制造商提供配件,帮助缓解这些问题,但许多上了年纪的显微镜零配件存货耗尽,限制photomicrographers选择。

可配旧体视显微镜,数码或胶片相机使用,可通过互联网或通过光学和科学供应房屋的附件。这些附件的存在,几乎每一个可以想象的摄像系统,和许多将适合的相机上直接观察筒的目镜留在原地。有新的体视显微镜三目头或照相中间管(有时需要投影目镜)作为一种选择,但这些往往是有限的使用显微镜制造商指定的摄像系统。

smzphotosetup

图9中的显微镜,是一个国家的最先进的尼康究级体视显微镜配备两个传统影像与宝丽来胶片和数码摄像机。该摄像系统连接通过一个分束器作为中间片之间的显微镜体和双目头附件,其安装到显微镜。无论是单端口和双端口分光镜可从尼康使用一个或两个摄像系统。的光路被引导到相机端口与位于中间片的前部上的切换杆。标准C接口,F卡口,和专有耦合系统是可以支持各种各样的相机系统。此外,尼康提供膜或在数字图像,以改变图像的大小,可以利用的不同的放大倍率的投影透镜。

照片分划板,可以被插入到一个目镜取景用于捕获,或聚焦取景器中的曝光监控系统可以用于同样的物镜。在显微照片或数字图像的放大倍数计算出由投影透镜放大倍数(如果使用)倍的变焦倍率的物镜放大倍率的商品。有些分光器端口还介绍第四放大倍率,通常是0.5倍到2.5倍,必须列入计算。其他显微镜制造商提供类似的摄像系统,专为他们的体视显微镜产品阵容。

显微摄影体视显微镜是一个独特的方面的能力,构图是对立体,采用标本具有明显的三维空间之间的关系结构细节。第一步是使用左目,然后通过右目镜的另一张照片拍摄的试样。另一种程序,也可以利用共同的主要物镜立体显微镜涉及由显微镜光轴左侧的七,八度的角度倾斜的试样在水平轴(第一阶段)。的显微照片或数字图像捕获后,试样倾斜时,相同的金额的光轴和其他的显微照片(数字图像)的右侧被记录下来。这个动作会产生同样的效果,两个连续的照片与格里诺风格的体视显微镜。

打印(数字图像处理)的显微照片后,它们可以被安装(或在计算机显示器上显示的)侧侧立体声浏览器浏览,使试样在醒物镜三维显示详细信息。的方向和对应的立体声对立体声浏览器的要求相一致,这一点很重要。

结论

放大倍率通常被认为是判断一个光学显微镜的性能作为最重要的标准。这是远非如此,因为正确的倍率是一个足够的手头的任务,不应该被不必要地超过。很多经典调查的基础细胞结构和功能,以及半导体解剖细节,最好与经典的透射和反射的化合物光学显微镜进行的。这些研究中,通常不会严重依赖于大的景深,成功观察倍率在400倍到1000倍的范围内是必需的。另一方面,各种各样的标本必须在较小的放大倍数进行检查,但需要一个较大的景深,高度的对比。

立体显微镜的特点是有价值的三维观测与感知深度和对比度的情况下,标本结构的解释是至关重要的。这些工具也是必不可少的,当试样的显微需要在一个宽敞,舒适的工作空间。宽领域的观点和可变倍率显示立体显微镜也可用于建设小型工业装配,生物研究,需要仔细操作的微妙和敏感的生物体。

考虑到这一类显微镜体视显微镜系统目前可用于范围广泛的配件,在众多的应用中是非常有用的。架照明基地所有的厂家,可以适应几乎任何工作的情况。有多种可供选择的,加强与附加透镜和同轴照明器,被安装到作为中间管显微镜的物镜和目镜。工作距离3-5厘米,在一些模型中高达20厘米的范围内,允许了相当多的工作的物镜和试样之间的空间。

现代立体显微镜的设计符合人体工程学的问题考虑,大多数的光学组件是密封的保护,以防止灰尘和篡改的豆荚,包含透镜罩的环境中的危险,以保护光学元件。大的物镜前透镜的表面上的汽化的抗反射涂层以保护零件免于遭受这些微妙的腐蚀性液体或气体,或从磨料颗粒,可能会导致芯片和划痕。

立体显微镜的效用是有限的,只有它们的分辨能力。这些显微镜都有着广泛的应用在各种学科,有任务需要这个类的现代仪器的功能。其中包括教育(生物,化学,植物学,地质学和动物学),医学和病理学,半导体工业,冶金,纺织,等行业需要的微型零件的组装和检查。