Стерео , стереоскопический или препарирующий микроскоп — это вариант оптического микроскопа, предназначенный для наблюдения образца с малым увеличением, обычно с использованием света, отраженного от поверхности объекта, а не прошедшего через нее. Прибор использует два отдельных оптических пути с двумя объективами и окулярами для обеспечения слегка разных углов обзора для левого и правого глаза. Такое расположение обеспечивает трехмерную визуализацию исследуемого образца. [1] Стереомикроскопия перекрывает макрофотографию для записи и исследования твердых образцов со сложным рельефом поверхности , где трехмерное изображение необходимо для анализа деталей.
Стереомикроскоп часто используется для изучения поверхностей твердых образцов или для выполнения близкой работы, такой как препарирование , микрохирургия , изготовление часов , изготовление или проверка печатных плат , а также поверхностей изломов , как во фрактографии и судебной инженерии . Таким образом, они широко используются в обрабатывающей промышленности для изготовления , проверки и контроля качества . Стереомикроскопы являются важными инструментами в энтомологии .
Стереомикроскоп не следует путать с составным микроскопом, оснащенным двойными окулярами и биновьювером . В таком микроскопе оба глаза видят одно и то же изображение, а два окуляра служат для обеспечения большего комфорта просмотра. Однако изображение в таком микроскопе ничем не отличается от изображения, полученного с помощью одного монокулярного окуляра.
Первый оптически реализуемый стереомикроскоп был изобретен в 1892 году и поступил в продажу в 1896 году, произведенный компанией Zeiss AG в Йене, Германия. [2]
.gif/1280px-1896_Greenough-type_Stereo_Microscope_by_Carl_Zeiss_Jena_(6892932332).gif)
Американский зоолог Горацио Солтонстолл Гриноу вырос в элите Бостона, штат Массачусетс, он был сыном известного скульптора Горацио Гриноу-старшего . Не испытывая давления, связанного с необходимостью зарабатывать на жизнь, он вместо этого занялся научной карьерой и переехал во Францию. В морской обсерватории в Конкарно на побережье Бреттона, которой руководил бывший директор Национального музея естественной истории Жорж Пуше , на него повлияли новые научные идеалы того времени, а именно экспериментирование. В то время как препарирование мертвых и препарированных образцов было главной заботой зоологов, анатомов и морфологов, во время пребывания Гриноу в Конкарно возродился интерес к экспериментированию на живых и развивающихся организмах. Таким образом, ученые могли изучать эмбриональное развитие в действии, а не как серию окаменевших двумерных образцов. Для того чтобы получить изображения, которые бы отражали трехмерность и относительный размер развивающихся беспозвоночных морских эмбрионов, был необходим новый микроскоп. Хотя и были попытки построить стереомикроскопы ранее, например, Шерубином Орлеанским и Питером Хартингом , ни один из них не был оптически сложным. Более того, вплоть до 1880-х годов ни одному ученому не требовался микроскоп с таким низким разрешением.
Гриноу принял меры и, под влиянием попыток своего коллеги из Конкарно Лорана Шабри построить сложные механизмы для поворота и манипулирования живым эмбрионом, задумал свой собственный инструмент. Основываясь на недавнем открытии бинокулярности как причины восприятия глубины Чарльзом Уитстоном , Гриноу спроектировал свой инструмент, имея в виду явление стереопсиса. [2]
В отличие от составного светового микроскопа , освещение в стереомикроскопе чаще всего использует отраженное освещение, а не проходящее (диаскопическое) освещение, то есть свет, отраженный от поверхности объекта, а не свет, прошедший через объект. Использование отраженного света от объекта позволяет исследовать образцы, которые были бы слишком толстыми или иным образом непрозрачными для составной микроскопии. Некоторые стереомикроскопы также способны к освещению проходящим светом, как правило, имея лампу или зеркало под прозрачным столиком под объектом, хотя, в отличие от составного микроскопа, проходящее освещение не фокусируется через конденсор в большинстве систем. [3] Стереоскопы со специально оборудованными осветителями могут использоваться для микроскопии темного поля , используя либо отраженный, либо проходящий свет. [4]
Большое рабочее расстояние и глубина резкости являются важными качествами для этого типа микроскопа. Оба качества обратно коррелируют с разрешением: чем выше разрешение ( т. е. чем больше расстояние, на котором две соседние точки могут быть различимы как отдельные), тем меньше глубина резкости и рабочее расстояние. Некоторые стереомикроскопы могут обеспечивать полезное увеличение до 100×, что сопоставимо с 10-кратным объективом и 10-кратным окуляром в обычном составном микроскопе, хотя увеличение часто намного ниже. Это примерно одна десятая полезного разрешения обычного составного оптического микроскопа.
Большое рабочее расстояние при малом увеличении полезно при исследовании крупных твердых объектов, таких как поверхности изломов, особенно с использованием оптоволоконного освещения, как обсуждается ниже. Такие образцы также можно легко манипулировать, чтобы определить точки интереса.
В стереомикроскопах есть два основных типа систем увеличения. Один тип — фиксированное увеличение, в котором первичное увеличение достигается парным набором объективов с заданной степенью увеличения. Другой — зум или панкратическое увеличение, которые способны к плавно изменяемой степени увеличения в заданном диапазоне. Системы увеличения могут достигать дальнейшего увеличения за счет использования вспомогательных объективов, которые увеличивают общее увеличение в заданном размере. Кроме того, общее увеличение как в фиксированных, так и в зум-системах можно изменять, меняя окуляры. [1]
Промежуточным звеном между системами фиксированного увеличения и зум-увеличения является система, приписываемая Галилею как « оптическая система Галилея »; здесь используется расположение выпуклых линз с фиксированным фокусом для обеспечения фиксированного увеличения, но с решающим отличием, что те же самые оптические компоненты на том же расстоянии, если их физически инвертировать, дадут другое, хотя и фиксированное, увеличение. Это позволяет одному набору линз обеспечивать два разных увеличения; двум наборам линз обеспечивать четыре увеличения на одной башне; трем наборам линз обеспечивать шесть увеличений и все равно помещаться в одну башню. Практический опыт показывает, что такие оптические системы Галилея так же полезны, как и значительно более дорогая система зума, с преимуществом знания используемого увеличения как установленного значения без необходимости считывать аналоговые шкалы. (В удаленных местах надежность систем также является нетривиальным преимуществом.)
Небольшие образцы обязательно требуют интенсивного освещения, особенно при больших увеличениях, и это обычно обеспечивается источником света с волоконной оптикой . В волоконной оптике используются галогенные лампы , которые обеспечивают высокую светоотдачу при заданной потребляемой мощности. Лампы достаточно малы, чтобы их можно было легко установить рядом с микроскопом, хотя им часто требуется охлаждение для снижения высоких температур от лампочки. Волоконно-оптический стебель дает оператору большую свободу в выборе подходящих условий освещения для образца. Стебель заключен в оболочку, которую легко перемещать и манипулировать в любом желаемом положении. Стебель обычно незаметен, когда освещенный конец находится рядом с образцом, поэтому обычно не мешает изображению в микроскопе. Исследование поверхностей изломов часто требует косого освещения, чтобы выделить особенности поверхности во время фрактографии , и волоконно-оптические светильники идеально подходят для этой цели. Несколько таких световых стеблей можно использовать для одного и того же образца, тем самым еще больше увеличивая освещенность.
Более поздние разработки в области освещения для препаровальных микроскопов включают использование высокомощных светодиодов , которые намного более энергоэффективны, чем галогенные лампы, и способны создавать спектр цветов света, что делает их полезными для флуорофорного анализа биологических образцов (что невозможно при использовании галогенных или ртутных источников света).
Видеокамеры встроены в некоторые стереомикроскопы, что позволяет отображать увеличенные изображения на мониторе с высоким разрешением. Большой дисплей помогает снизить усталость глаз, которая возникает при использовании обычного микроскопа в течение длительного времени.
В некоторых устройствах встроенный компьютер преобразует изображения с двух камер (по одной на окуляр) в 3D- анаглифное изображение для просмотра в красно-голубых очках или в перекрестно-конвергентный процесс [ уточнить ] для прозрачных очков и улучшенной точности цветопередачи. Результаты видны группе, носящей очки. Чаще всего 2D-изображение отображается с одной камеры, прикрепленной к одному из окуляров.
