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如何选择立体显微镜?(一)

2020.6.09

立体显微镜通常被称为实验室或生产部门的主力。选择立体显微镜时,需要考虑哪些因素呢? 答案是:“看情况”。这是为什么呢? 因为它取决于用途,取决于用户想要完成的任务。立体显微镜基本上是一种工具,用于将三维目标在三个维度中放大。 不同于复式显微镜,立体显微镜能够应付这个任务。

背景知识

格里诺和 Cycloptic®原理

过去的双目显微镜,其特点是透镜系统简单,而且设计和传统的复式显微镜相同。 此类解剖显微镜,正如当时所熟知的那样,主要用于生物学中的解剖用途;当时没有技术上的应用。大约在 1890 年,美国生物学家和动物学家霍雷肖•S•格里诺(Horatio S. Greenough)采用了一项设计原理,今天仍为光学仪器的所有主要制造商所使用。“格里诺原理”基础上的立体显微镜,实现了真正的高质量立体图像。

1957 年,美国光学公司采用了带有共用主物镜的现代立体显微镜设计,并命名为Cycloptic®。它的现代铝外壳下,是两道平行的光束的路径和主物镜,以及一个五步变倍器。此种立体显微镜,制造商除采用格里诺原理外,还采用望远镜或 CMO(普通主物镜)原理,并用于模块化的、高性能的仪器。两年后,另一家美国公司博士伦提出了 StereoZoom® 格里诺设计,作出了开创性的创新: 一步到位的变倍器(变焦)。 今天几乎所有的设计都是基于一个变焦系统。

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(左):Cycloptic®,基于望远镜原理的第一台立体显微镜图 2a、b (右):立体显微镜的两种基本原理。a:望远镜或 CMO 原理 b:格里诺原理。

立体显微镜的选择标准

时至今日,立体显微镜仍基于提到的技术方法——格里诺或 CMO 原理。

四个事项需要仔细评估:

a)用途是什么?
b)哪种结构需要观察、记录或可视化?
c)有多少人在使用显微镜?
d)解决方案的可用预算是多少?

一旦上述因素已知,则可以归结为以下标准。

放大倍数、变焦范围和物场

景深和数值孔径

光学质量和工作距离


人体工学


照明

放大倍数、变焦范围和物场

立体显微镜的总放大倍数,是变倍器、物镜和目镜的放大倍数的组合。

变倍器或变焦体

像放大镜一样,变倍器由光学透镜构成,可以用来改变仪器的放大倍数。改变变倍器的位置,会改变图像放大的程度。图像放大的程度称为放大倍数。现代立体显微镜能够提供 16 倍放大(只有变焦体),20.5:1 的变焦范围,其特点是能够进行可靠测量的机动化或编码。

接下来,图像通过目镜得到进一步放大。为找出目镜中观察到的目标的放大程度,用户必须将变倍器和目镜的放大倍数相乘。

然而为了保证完整性,提供公式如下:

20141027141612906.jpg

MTOT VIS 为我们要计算的放大倍数。 VIS 代表“视觉”。

z 是变倍器的等级。

ME 为目镜的放大倍数。
MO 为主物镜的放大倍数(当格里诺系统中未使用辅助透镜时为 1 倍)

物场

当从适当的距离向目镜中观察、而且瞳孔间距设置正确时,可以看到称为物场的一个圆形区域。 物场的直径根据放大倍数而变化。换言之,放大倍数和物场直径之间存在着数学关系。 10 倍目镜提供的物场数是23。这意味着变焦体和主物镜放大 1 倍时,物场大小为23mm。 3 倍放大时物场减少到三分之一,即物场的直径仅有7.66mm。

景深和数值孔径

在显微镜中,景深往往被视为一种经验参数。 实际上它是由数值孔径、分辨率和放大倍数之间的相关性确定的。为了得到最佳视觉印象,现代显微镜的调整设施会在景深和分辨率——在理论上具有负相关性的两个参数——之间产生一种最佳平衡。

视觉景深的实际价值


在视感景深这个问题上,Max Berek 是第一位发表观点的作者,早在 1927 年他就发表了经过大量实验得来的结果。Berek 公式给出了视觉景深的实际值,因此今天仍然使用。

其简化形式如下:

2014102714173589.jpg


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