Для чего нужен бинокуляр в биологии

Бинокуляр

Микроско́п (греч. μικρός — маленький и σκοπέω — смотрю) — лабораторная оптическая система для получения увеличенных изображений малых объектов с целью рассмотрения, изучения и применения на практике. Совокупность технологий изготовления и практического использования микроскопов называют микроскопией.

С помощью микроскопов определяют форму, размеры, строение и многие другие характеристики микрообъектов, а также микроструктуры макрообъектов.

Содержание

Разрешающая способность микроскопов

Степень проникновения в микромир, изучения микромира зависит от возможности рассмотреть величину микрообъектов, от разрешающей способности прибора, определяемой длиной волны используемого в микроскопии излучения (видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское излучение). Фундаментальное ограничение заключается в невозможности получить при помощи электромагнитного излучения изображение объекта, меньшего по размерам, чем длина волны этого излучения.

«Проникнуть глубже» в микромир возможно при применении более коротковолновых излучений, т.е. излучений с меньшими длинами волн, с более высокой разрешающей способностью микроскопов.

Виды микроскопов

В зависимости от требуемой величины разрешения рассматриваемых микрочастиц материи, микроскопии, микроскопы разделяются на:

Оптические микроскопы

Человеческий глаз представляет собой естественную оптическую систему, характеризующуюся определённым разрешением, т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта (воспринимаемыми как точки или линии), при котором они ещё могут быть отличны один от другого. Для нормального глаза при удалении от объекта на т. н. расстояние наилучшего видения (D = 250 мм), среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т. п. значительно меньше этой величины.

До середины XX века работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне 400-700 нм, а также с ближним ультрафиолетом (люминесцентный микроскоп). Оптические микроскопы не могли давать разрешающей способности менее полупериода волны опорного излучения (диапазон длин волн 0,2—0,7 мкм, или 200—700 нм). Таким образом, оптический микроскоп способен различать структуры с расстоянием между точками до

0,20 мкм, поэтому максимальное увеличение, которого можно было добиться, составляло

Электронные микроскопы

Электрон, обладающий свойствами не только частицы, но и волны, может быть использован как опорное электронное излучение в микроскопии.

Длина волны электронного излучения зависит от его энергии, а энергия электрона равна E = Ve, где V — разность потенциалов, проходимая электроном, e — заряд электрона. Длины волн электронного излучения при прохождении разности потенциалов 200 000 В составляет порядка 0,1 нм. Электронное излучение легко фокусировать электромагнитными линзами, так как электрон — заряженная частица. Электронное изображение может быть легко переведено в видимое. Современные электронные микроскопы обеспечивают субатомное разрешение.

Рентгеновские микроскопы [1]

См. также

Примечания

Полезное

Смотреть что такое «Бинокуляр» в других словарях:

бинокуляр — а, м. binoculaire adj. Оптический прибор с двумя окулярами. Не удовлетворившись определением <ископаемого зерна> при помощи луп и бинокуляра, я подверг обугиванию семена современных растений, виды которых были обнаружены в городище, для… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Астрономический бинокль — (бинокуляр) бинокль, предназначенный для наблюдения астрономических объектов: Луны, планет и их спутников, звёзд и их скоплений, туманностей, галактик и т. д … Википедия

Астрофизическая обсерватория КубГУ — Оригинал названия Оптическая астрофизическая обсерватория КубГУ Тип астрономическая обсерватория Код C40 (наблюдения) Расположение Краснодар, Краснодарский край … Википедия

Отряд Ручейники (Trichoptera) — На дне многих пресных водоемов чистых быстрых ручьев и заросших прудов можно обнаружить удивительные существа, которые живут в трубчатых домиках, сооружаемых ими из различных мелких частиц, лежащих на дне. В зависимости от того, какие… … Биологическая энциклопедия

Подотряд Тромбидиформные клещи (Trombidiformes) — Представителей этого подотряда, в отличие от предыдущего, можно назвать сосущими акариформными клещами, так как большинство их питается жидкой животной или растительной пищей и хелицеры приспособлены для прокалывания. Характерно развитие … Биологическая энциклопедия

Микроскоп — У этого термина существуют и другие значения, см. Микроскоп (значения). Микроскоп, 1876 год … Википедия

Char B1 — B1bis в танковом … Википедия

Кольпоскопия — Кольпоскопия диагностический осмотр входа во влагалище и влагалищных стенок при помощи кольпоскопа специального прибора, представляющего собой бинокуляр и осветительный прибор. Содержание 1 Виды кольпоскопии 2 Основные задачи … Википедия

Оптическая микроскопия — Современный оптический микроскоп Микроскоп (от греч. μικρός малый и σκοπεῖν смотрю) оптический прибор для получения увеличенных изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооружённым глазом. Содержание … Википедия

Зрение человека — Основная статья: Зрительная система Оптическая иллюзия: соломинка кажется сломанной … Википедия

Источник

Бинокулярные наблюдательные приборы

Бинокулярные наблюдательные приборы

Что представляет собой бинокулярный микроскоп? Известно, что самым простым, используемым микроскопом в учебных заведениях и в лабораториях, где проводятся базовые диагностические процедуры, является монокуляр. Его еще называют монокулярным микроскопом. Такая модель отличается наличием всего лишь одного окуляра, что значительно утяжеляет работу за ним. На протяжении долгого времени работать за ним невозможно, так как глаз довольно быстро устает от нагрузки на него, что приводит к снижению качества работы. Ранее считалось, что бинокулярный микроскоп – это предмет, имеющий в своем составе бинокулярную насадку, за счет которой исследователь мог рассмотреть и изучить одно плоское изображение, получаемое при стандартной микроскопии. Он не является бинокулярным (стереоскопическим), но создает комфортные условия использования его.

Бинокулярные наблюдательные приборы: устройство

По своему строению бинокулярный микроскоп имеет значительные отличия от монокулярного. Благодаря бинокуляру удается изучать объект с помощью двух разных оптических систем для обоих глаз – для правого и левого отдельно.

С целью создания особого стереоэффекта, предмет визуализируется в два окуляра, две оптические системы, один объектив. Свет, попадая на предмет, проходит через эти параллельные узлы, при этом полученное изображение получается для обоих глаз отдельно под определенным углом. Именно это позволяет получить объемное изображение предмета, а не плоское.

Других отличительных моментов между монокуляром и бинокуляром нет. Современные модели оснащены цифровым модулем, который позволяет поместить полученное изображение на экран или же сохранить результаты исследования на съемном носителе. Как монокулярный, так и бинокулярный микроскоп, состоит из предметного столика, осветителя, а также в современных моделях есть цифровой модуль, позволяющий воспроизвести полученное изображение на экран монитора или сохранить полученные результаты в компьютер.

Бинокулярный микроскоп для пайки и ремонта электроники

Все бинокуляры можно поделить на две большие группы: биологические и инструментальные. Вторые имеют малую кратность увеличения, применяются для работы под увеличением. Именно они имеют некую особенность: они отличаются большим расстоянием между предметным столиком и объективом. В результате работы на таком микроскопе удается не только рассматривать и изучать объект под увеличением, но и осуществлять действия с ним на микроскопическом уровне. Помимо этого, бинокуляры оснащены светодиодными осветителями, применение которых дает возможность получить яркое освещение, равномерно распределенное по всей поверхности исследуемого предмета, что делает работу комфортной.

Выбор микроскопов для ремонта электроники широк, среди разновидностей моделей инструментальных бинокулярных микроскопов есть такие, которые обладают мобильностью, имея небольшой размер. Это позволяет работникам с легкостью переносить его в нужное место. Одним из таких есть микроскоп для пайки. Широкую популярность он получил в сфере создания микросхем и проведения каких-либо ювелирных работ под увеличением. Тринокулярный микроскоп для пайки также применяется, если пользователю требуется запись и вывод изображения на экран монитора.

Выделяют еще одну разновидность бинокулярных микроскопов – это сравнительные бинокулярные микроскопы. Такая разновидность имеет целый ряд особенностей. В принципе, сравнительный бинокуляр представляет собой два микроскопа, которые объединены в одну систему, позволяющую сразу изучать и рассматривать два объекта одновременно. В нем поле зрения одно, но расщеплено. С помощью такой модели исследователь может сравнивать и изучать отличия объектов друг от друга в режиме реального времени одновременно.

Основные плюсы такого микроскопа:

Источник

Бинокулярные микроскопы

Особенность бинокулярного микроскопа

Бинокулярный микроскоп или, как еще его называют, стереомикроскоп – это лабораторное оборудование, которое используется для увеличения исследуемого объекта, однако, имеет одну отличительную особенность – это возможность наблюдать изображение на предметном стекле двумя глазами. В современных бинокулярах удается изучать предмет в виде объемной картинки в стереорежиме. За счет наличия двух окуляров и одного объектива исследуемый объект получается в виде стереоизображения (трехмерное изображение).

Микроскоп бинокулярный Olympus SZ 51

Микроскоп бинокулярный Olympus SZX 7

Микроскоп бинокулярный Olympus SZX 10

Микроскоп бинокулярный: назначение

Ранее бинокулярными микроскопами называли то оборудование, на котором можно было исследовать плоское изображение, как и на обычном микроскопе с одним окуляром, однако двумя глазами. Это обеспечивало более комфортные условия работы исследователей, чем на монокулярном оборудовании. Это достигается путем применения такой конструкции, как бинокулярная насадка, это устройство, которое позволяло видеть одну и ту же картинку двумя глазами, полученную при помощи одного объектива.

В настоящее время это понятие несколько видоизменилось, расширилось и приобрело несколько другое понятие. Сейчас бинокулярный микроскоп позволяет рассматривать увеличенное изображение в стереорежиме, то есть стереоизображение, которое характеризуется объемной картинкой.

Особо известной разновидностью современных бинокулярных микроскопов является стереомикроскоп сравнения, который используется в криминалистике.

Микроскоп бинокулярный: устройство

Современные бинокулярные микроскопы имеют некоторые особенности своего устройства. Он представляет собой оборудование, в котором человек рассматривает предмет через две совершенно независимые друг от друга оптические системы. Зачастую используются два независимых окуляра, однако, один объектив. Однако в каждый окуляр попадают независимые лучи, проходящие через один объектив, и изображение в каждом окуляре получается под определенным углом. Это и создает эффект стереоизображения, которое воспринимается человеческим глазом, как трехмерное, а не плоское.

Бинокулярный микроскоп: описание применения оборудования

Бинокулярный микроскоп, для чего он нужен? Дело в том, что способность человеческих глаз достаточно ограничена в плане рассмотрения малых объектов. Если их размер менее, чем 150 мкм, то это, увы, неуловимо человеческому глазу. Именно для этого и созданы микроскопы. Что касается бинокулярного оборудования для увеличения, то именно с его помощью исследователь может оценить размеры, форм, очертания объекта, то есть, получить стереоскопическую картину исследуемого материала. Это касается бактерий, животных и растительных клеток, кристаллов и других мелких объектов, которые могут подлежать исследованию.

Как пользоваться цифровым микроскопом настольным? К нам часто поступают такого рода вопросы, поэтому вкратце остановимся на нем. Итак, на предметное стекло размещают предмет исследования, который располагают на предметном столике под источником освещения. Зафиксировав предметное стекло, требуется настроить освещение: если это предмет прозрачный (материал исследования), то применяют нижнее освещение, а если непрозрачный, тогда верхне боковое освещение. В редких случаях приходится прибегать к использованию обоих источников света. Исследование начинают с объектива невысокой частоты, а затем используют более мощные объективы.

Наиболее широкое применение такие стереомикроскопы приобрели:

Современные бинокулярные микроскопы также имеют дополнительный цифровой модуль, например, видеокамеру либо цифровой фотоаппарат, позволяющий делать зарегистрировать полученное изображение в виде фотографий либо видеофайлов.

Купить микроскоп бинокулярный

Купить бинокулярный микроскоп недорого в нашей стране можно, при этом увеличительная его способность не будет превышать 40 х, а исследование будет осуществляться только в светлом поле. Бинокулярный микроскоп купить можно и лучшего качества: с большим увеличением и способностью осуществлять наблюдение не только в светлом, но и в темном поле или с помощью метода флуоресценции.

Как выбрать микроскоп?

Купить микроскоп бинокулярный в нашей стране не сложно, ведь выбор и разновидности их сейчас настолько велики и доступны, что покупатель часто сомневается с выбором. Но этого недостаточно, чтобы результат был достойным, поэтому к выбору его важно правильно подойти. Остановимся на основных моментах, на которые стоит обращать внимание при покупке его: как долго и часто Вы предпочитаете работать (если это будет длительная и постоянная работа, то именно такой вариант будет отличным решением проблемы). Выбирая увеличение также важно знать, для каких целей он используется, какие исследования будут проводиться и что Вы ожидаете. Обо всех моментах и нюансах мы готовы рассказать всем, кого этот вопрос интересует.

На что стоит обращать внимание при покупке?

Планируя купить такое оборудование важно знать:

Все эти моменты дают возможность выбрать оборудование для исследования, науки, работы или для школьника.

Выбирая для медицинской или иной лаборатории микроскоп бинокулярный, регистрационное удостоверение должно прилагаться к каждому устройству. На это стоит обращать внимание при покупке такого оборудования, а также отдавать предпочтение только проверенным магазинам и фирмам-производителям такой техники.

Высматривая бинокуляр и решая, какой именно и на что стоит обращать внимание, то тогда Вам в наш интернет магазин, и мы предоставим необходимую для Вас информацию.

Источник

Что такое бинокулярные очки?

Бинокулярные очки — это специальный прибор, который позволяет получить детальное изображение мелких предметов. Их используют в разных сферах жизни как профессиональных, так и бытовых. С помощью таких очков человек может тщательно изучить нужный предмет, не упустить важных деталей. Узнайте подробнее о данных приспособлениях из этой статьи.

В этой статье

Что такое бинокулярные очки?

Очки — это офтальмологические изделия, которые помогают хорошо видеть при таких зрительных нарушениях, как:

Модели, которые корректируют данные дефекты зрения, называются корригирующими. Бинокулярные очки предназначены для других целей. Они считаются оптическим прибором широкого применения. Их используют для работы, которая требует повышенной точности и аккуратности. Эти очки помогают лучше рассмотреть мелкие детали: элементы микросхем, пробы на ювелирных изделиях и т. д. Чаще всего бинокулярными очками пользуются:

Широко используют данные приспособления в медицине. Без них сложно обойтись хирургам, офтальмологам, нейрохирургам, стоматологам и врачам других специализаций. Часто бинокулярные очки надевают во время работы косметологи, например, для проведения чистки лица или наращивания ресниц. Окулисты используют их для диагностики состояния передней стенки глаза.

Бинокулярные очки применяются не только для специализированной работы, но и обычными людьми в быту. Это приспособление часто становится необходимым инструментом вышивальщиц и тех, кто предпочитает схожие хобби, например: плетение на коклюшках. Также используют бинокулярные очки пчеловоды. Это помогает им контролировать все процессы, которые связаны с мелкими сотами или личинками.

Бинокулярные очки — это, в некотором роде, аналог лупы. Использование увеличительного стекла ограничивает движения рук. При выполнении некоторых видов работ, например, паяния, люди предпочитают выбирать бинокулярные очки. Они позволяют работать двумя руками, в то время как лупу необходимо держать одной из них. С целью визуального увеличения мелких предметов также используют и другие приспособления. Часто они громоздкие и не подходят для выполнения работ на близком расстоянии.

Конструкция бинокулярных очков

Название таких очков произошло от двух латинских слов: bini — пара и oculus — глаза. «Бинокуляры» позволяют рассмотреть мелкий предмет с обеих сторон, получить объемное изображение. Они могут увеличивать размеры деталей от 1.5 до 5 раз. Это повышает восприятие. Выглядят бинокулярные очки как налобная лупа. Они состоят из двух линз, которые вмонтированы в оправу, закрепленную на голове с помощью:

Линзы изготавливают из облегченного пластика или стекла. Пластик — более популярный материал. Его главный плюс — небольшой вес и безопасность. При повреждении такие линзы не травмируют глаза осколками. Многие люди считают, что стекло лучше пластика, так как оно более прозрачное и позволяет четче видеть мелкие детали. Это не совсем верно. Качественный пластик практически не отличается от стекла по прозрачности. Стекло обычно применяют для изготовления линз круглой формы. Другие формы удобнее производить из пластика.

Часто такие очки оснащены дополнительными функциями. Самая распространенная из них — подсветка, которая позволяет не подстраиваться под ламповое излучение. Благодаря ей свет падает на рассматриваемый предмет и не создает тень. Расположение подсветки может изменяться. Оно зависит от модели бинокулярных очков. Встречается расположение подсветки:

Некоторые модели очков выполнены так, что регулировать направление света можно самостоятельно. Работает подстветка от батареек класса АА и ААА. Отсек для них обычно расположен таким образом, что позволяет не мешать во время работы.

Когда были созданы бинокулярные очки?

Необходимость увеличения предметов была актуальна во все времена. Об изобретении очков, которые бы позволили хорошо видеть мелкие детали, люди задумывались еще в XIX веке. Первая в истории модель таких очков была изобретена в 1875 году и мало напоминала современную конструкцию. Очки состояли из двух линз: собирательной и рассеивающей. Они обеспечивали увеличение до 1.8 раз.

Первые бинокулярные очки были тяжелыми и громоздкими. Из-за своих размеров они не пользовались популярностью и не получили широкого распространения. В 1910 году была изобретена новая модель очков, которая имела более удобную форму. Выпускались они в легкой оправе из алюминия. С виду такие очки напоминали бинокль и были удобны в использовании.

Увеличение мелких деталей с помощью «бинокуляров» происходит из-за особого расположения главных плоскостей очков. В офтальмологических изделиях, которые корректируют нарушения рефракции, задняя главная плоскость располагается спереди. В бинокулярных моделях она находится позади. Устройство таких очков предполагает расположение линз так, чтобы задний фокус передней линзы совпадал с передним фокусом задней линзы. Особенности фокусировки параллельных световых лучей позволяют увеличить изображение объекта.

Какие бинокулярные очки самые удобные?

Существуют разные виды бинокулярных очков. Друг от друга они отличаются базовыми характеристиками. К ним относят:

Самыми удобными считаются модели, которые имеют налобное крепление. Часто такие очки крепятся с помощью пластикового обода или эластичного кольца. Особенно популярны подобные модели у хирургов и нейрохирургов, так как позволяют им свободно работать руками при проведении операции.

Большинство людей используют очки, которые увеличивают размеры мелких предметов в 2.5-3 раза. Они имеют среднюю глубину резкости, которая позволяет избавиться от необходимости регулярной смены рабочего расстояния. Такие модели не требуют долгого привыкания. Проблем с их использованием обычно не возникает.

Как выбрать бинокулярные очки?

Перед тем как купить бинокулярные очки, нужно знать, на какие параметры следует обратить особое внимание. Их главная задача — обеспечить четкое увеличенное изображение. К основным параметрам, учесть которые необходимо при покупке, относятся:

Если ранее человек не пользовался «бинокулярами», то лучше купить очки с двукратным увеличением. Если выбрать слишком высокое увеличение, это может привести к сужению поля зрения. Из-за этого человек, который впервые надел бинокулярные очки, может видеть предмет не целиком, а только его часть.

При покупке стоит уделить внимание и типу крепления очков. Наиболее удобными считаются модели, которые крепятся с помощью пластикового обода или эластичного кольца. Также популярны очки-шлем, которые в последние годы становятся более распространенными. Данные конструкции устроены так, что позволяют равномерно распределять нагрузку.

Цена «бинокуляров» зависит от множество факторов: производителя, способа крепления, кратности увеличения, дополнительных функций. Множество моделей бинокулярных очков производит американская компания OptiVISOR. Их средняя стоимость составляет 1500 рублей. Продукция российских брендов стоит дешевле. Качественные очки выпускает компания Kromatech. Их цена начинается от 500 рублей.

Источник

Поговорим о микроскопах

Помнится, в далеком детстве мне подарили микроскоп «Натуралист» – игрушечный, но таки дающий фиксированное увеличение аж в шестьдесят раз. Состоял он из одной трубки, закрепляемой на пластмассовом футляре, одновременно играющим роль основания. Сколько интересных вещей тогда было пересмотрено через окуляр, подсвеченный тусклым зеркальцем – от листьев водорослей до целого таракана…

Рис. 1. Детский микроскоп «Натуралист» (за неимением лучшего — фото с торговой площадки)

С тех пор прошло более тридцати лет, но о детском увлечении я не забыл. И вот однажды под влиянием приступа ностальгии я решил купить себе такую же игрушку, только чуть посовременнее. Но первый же взгляд на соответствующий раздел Интернет-площадки показал: чего-то я в этой жизни не понимаю. От обилия самый разных устройств, описываемых одним и тем же словом «микроскоп», просто рябило в глазах. И вот вместо пары быстрых щелчков мышкой пришлось плотно сесть и разобраться хотя бы в самых азах современной микроскопии. Результаты ниже.

Предупреждение: обзор не претендует на исчерпывающее описание и рассчитан на энтузиастов-любителей, интересующихся предметом для себя или для детей. Статья не содержит никакой теории, связанной с оптикой, ее в избытке хватает в других материалах.

Типы микроскопов

Существует довольно много самых разных задач, в которых необходимо детально рассмотреть мельчайшие детали объектов – от драгоценных камней и монет до внутренностей живой клетки. От того, что и как нам нужно увидеть, сильно зависят и применяемые методы. Оставим сейчас за кадром самые мелкие объекты типа вирусов или молекулярной структуры вещества и сосредоточимся на более крупных предметах размерами от бактерии и выше. Оптические устройства, применяемые для таких задач, делятся на два больших класса: биологические (компаундные) и стереомикроскопы.

Подробно останавливаться на стереомикроскопах не станем. Замечу только, что, вопреки подсознательным ожиданиям от названия, данный класс устройств предназначен не для создания стереокартинок. Стереомикроскопы используются для обследования сравнительно крупных непрозрачных предметов в отраженном свете: микросхем, камней, насекомых и т.п. Они отличаются сравнительно небольшим оптическим увеличением (40-60-80х, хотя наиболее продвинутые могут иметь даже 200х) и часто снабжены встроенными мониторами либо цифровыми интерфейсами. Источник света находится над образцом. Размеры – от карманных устройств до солидных стационарных установок.

Некоторые стереомикроскопы для промышленных целей даже лишены оптического окуляра и предназначены исключительно для подключения к компьютеру/смартфону через USB/WiFi («цифровые микроскопы»). Такие микроскопы сравнительно дешевы. Если надо как следует рассмотреть таракана, бриллиант или распайку элементов на плате, этот тип устройств для вас. Только помните, что супер-увеличения типа 1600х, которые часто можно встретить в описаниях даже самых дешевых устройств, относятся к цифровому увеличению и даже близко не отражают реальное оптическое. Каково оно? А кто его знает, производители до таких деталей не снисходят.

Рис. 2. Aomekie stereo microscope с увеличением 20х/40х (фото производителя)

Биологические микроскопы

Основной класс устройств, на котором мы сконцентрируемся – то, что называется биологическим микроскопом, в английской терминологии «компаундным» (составным, от compound). Он предназначен для рассматривания тонких прозрачных образцов (срезы тканей, бактерии, микроорганизмы и т.п.) в проходящем свете. Образец подготавливается на предметном стекле, умещаемом на рабочей платформе, источник света – внизу, под образцом.

Следует понимать, что под биологический микроскоп того же таракана засунуть сложно: для мощной оптики, где расстояние между линзой и препаратом составляет буквально десятую долю миллиметра, препарат должен быть очень тонким, плоским и прозрачным, специально подготовленным и, возможно, окрашенным. Обычно это капля или тонкая пленка, размещенная между предметным и покровным стеклом. Под маломощный объектив таракан влезет (фокусное расстояние у них от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров). Однако следует озаботиться хорошим внешним источником света и не стоит рассчитывать на высокую глубину резкости: в каждый момент времени вы сможете отчетливо видеть только определенный слой изображения.

Типовой биологический микроскоп состоит из трех частей: механическая платформа (база, предметный столик, устройства наведения и фокусировки), подсветка и оптическая система.

Рис. 3. Микроскоп Celestron (фото производителя)

Механическая платформа

Механическая часть состоит из основания, на которой монтируются все прочие компоненты, и предметного столика, на котором умещается образец. Очень важной частью механики является система, отвечающая за перемещение предметного столика в трех измерениях – именно так образец подводится в точку фокуса неподвижного объектива. Существуют модели, в которых перемещается объектив, но это редкая экзотика. В устройствах начального уровня механика самая примитивная. Подстройка по высоте (фокусировка) есть только грубая (coarse), перемещение образца в плоскости – пальцами.

В более сложных моделях в дополнение к грубой фокусировке появляется тонкая (fine), а также зажим, перемещающий предметное стекло в горизонтальной плоскости (его подвижная сторона имеет характерный вид полумесяца, ее хорошо видно на изображениях устройств). В наиболее простых микроскопах вертикальное перемещение регулируется разными винтами/рукоятками, в более продвинутых они совмещены на одной оси. В микроскопах без тонкой фокусировки есть реальная опасность раздавить как предметное стекло, так и линзу объектива из-за неловкого движения руки.

Материал корпуса – пластик либо металл. Пластик легче, но и хрупче. Обычно он применяется в мобильных моделях, предназначенных для детей либо полевых лабораторий – там, где важно минимизировать вес. Для стационарных микроскопов используется металл: он не только прочнее, но и менее подвержен вибрациям, которые на высоких увеличениях становятся критичными. Вес металлического микроскопа – 3-4 килограмма.

Исторически база микроскопа состояла из неподвижного основания и подвижного кронштейна, позволяющего менять ориентацию микроскопа относительно вертикали. Это было необходимо не только для комфорта работы, но и для получения качественной подсветки. Однако современные микроскопы имеют монолитное основание с фиксированным углом наклона глазных тубусов, что не всегда удобно. Учтите, что от этого угла прямо зависит комфорт вашей шеи во время работы, так что подбирайте устройство с углом, подходящим именно вам.

Рис. 4. AmScope M500 с простейшим предметным столиком без перемещения в плоскости (фото производителя)

Электрические компоненты

Мало подвести образец в точку фокуса, его надо еще и правильно подсветить. Плохая подсветка приведет к слишком темному или, наоборот, пересвеченному неразборчивому изображению, а также к неоднородному освещению поля.

Исторически для подсветки использовалось вогнутое зеркало, расположенное под отверстием в столике. Однако с его помощью сложно добиться качественного равномерного освещения поля зрения, что критично на высоких увеличениях. Также оно накладывает очень серьезные ограничения по размещению микроскопа относительно источника света, а также на сам источник. Такое зеркало сегодня осталось только в самых примитивных устройствах, обычно в полевых либо детских микроскопах, как в показанном в начале статьи «Натуралисте». Иногда, впрочем, оно может поставляться как дополнительная опция, замещающая основной источник света.

Сегодня для подсветки используются разные виды встроенных в основание ламп. До относительно недавнего времени применялись лампы галогенные или накаливания, но они имели свои проблемы. В первую очередь – из-за того, что свет генерировался тонкой нитью, а проецировать его приходилось на круглое поле, что, опять же, создает проблемы с равномерностью. Однако в современных условиях индустрия широко использует LED-источники света, что проблему сняло.

Запитывается подсветка либо от батареек (такие микроскопы особенно хороши для детей, поскольку их можно повсюду таскать с собой), либо проводом от розетки. Если заказываете проводное устройство за рубежом, помните о переходниках для вилки.

Регулировка подсветки выполняется как интенсивностью лампы, так и световым конденсором под рабочим столиком, имеющим диафрагму и линзу для фокусировки света на образце. В недорогих моделях наиболее распространен конденсор Аббе (Abbe condenser) или его модификации, это название можно часто увидеть в описании микроскопа. Для любительских занятий обычно применяется подсветка вида «светлое поле» (в смысле, прозрачные объекты рассматриваются на ярком белом фоне), хотя есть и другие типы: «темное поле», дающее инвертированное изображение, флуоресцентная подсветка и т.п. Конденсор может быть сменным, позволяя получать в одном и том же микроскопе разные типы подсветки.

Попадаются также модели с дополнительной верхней подсветкой, как на картинке ниже (этакий гибрид биологического и стереомикроскопа), но обычно это удел любительских устройств и малых увеличений: мощные объективы, практически втыкающиеся в покровное стекло, попросту заслоняют верхний свет. На практике уже сорокакратный объектив даже при хорошей внешней подсветке почти ничего не видит, а стократный показывает полный мрак.

Обратите, кстати, внимание: микроскоп на картинке не обладает полноценным конденсором, вместо него – только источник света и диафрагма. На столике присутствуют только самые примитивные зажимы-клипсы для предметного стекла, перемещение препарата в плоскости – пальцами.

Рис. 5. Любительский микроскоп Swift SW150 входного уровня с дополнительной верхней подсветкой (фото производителя)

Оптическая система – объективы

Оптическая система состоит из объективов (смотрят непосредственно на образец) и окуляров (eyepiece, прилегают к глазу).

Объективы, непосредственно рассматривающие образец, монтируются на револьверном диске для быстрой их смены. По нынешним временам они имеют четыре типовых диапазона увеличения: 4-5х (сканирующий объектив, обычно служит для грубой наводки на цель), 10-15х (маломощные линзы), 40-60х (высокомощные) и 90-100х и выше (сверхмощные). Объективы с увеличением выше 100х встречается редко и уж точно не в любительских микроскопах.

Первые три типа («сухие») обычно стандартны для всех моделей, даже для детских. Последний тип объективов встречается в более продвинутых моделях и для получения качественного изображения требует специальной техники использования – иммерсионной. Суть в том, что коэффициенты преломления воздуха и стекла разные для разных длин волн (именно на этом основано разложение белого цвета в спектр). Если между образцом и объективом есть воздух, на стократном увеличении проявляется сильная хроматическая аберрация, снижающая резкость вплоть до полной неразборчивости.

Поэтому для сильных (девяностократных и выше) объективов обычно используется техника погружения (иммерсии) передней линзы объектива в специальное масло, имеющее тот же коэффициент преломления, что и стекло. На покровное стекло наносят каплю масла, в которое непосредственно опускается объектив. После исследования масло с линзы смывается. Такие объективы обычно помечаются словом oil. Могут они использоваться и насухо, но добиться высокой резкости в этом случае невозможно. Масло входит в начальный комплект микроскопа с такими объективами, а также может быть куплено отдельно (из натуральных масел идеально подходит кедровое). Масляную иммерсию нельзя использовать с менее мощными объективами, для которых она не упомянута явно.

Что интересно, еще в середине прошлого века иммерсионными были даже объективы 50х, но с тех пор техника заметно продвинулась вперед. Исторически первой иммерсионной жидкостью являлась обычная вода (техника изобретена еще в начале 19 в.), подходящее масло впервые подобрали ближе к концу того же столетия.

Также стократные объективы могут напрямую упираться в покровное стекло препарата. Защита фронтальной линзы обычно выполняется с помощью специальной пружинящей оправы (слово spring в описании объектива). Несколько раз в описаниях также попадалось слово feather вместо spring, хотя найти определение мне так и не удалось. Для любительских исследований такие объективы избыточны как с точки зрения дополнительной немалой цены, так и с точки зрения затрачиваемых усилий. Особой дополнительной ценности в домашних условиях они не представляют.

Рис. 6. Набор ахроматических объективов фирмы OMAX с типичными мощностями 4х, 10х, 40х и 100х (фото производителя). На стократном объективе хорошо видна пружинящая оправа

Оптическая система – окуляры

Сменные окуляры вставляются в тубусы в верхней части микроскопа и имеют свое собственное фиксированное увеличение, например 10х, 16х, 25х. Чем выше увеличение, тем короче окуляр. Очкарикам типа меня надо держать в уме, что, в отличие от фотоаппарата, работа с окуляром микроскопа в очках крайне затруднена: окуляр должен практически прижиматься к глазу. Вынос зрачка (eye relief) у обычных окуляров составляет 7-13 мм, с очками нужны специальные окуляры с высоким выносом (15-20 мм). Однако это особой проблемы не составляет. В любом случае резкость в микроскопе подстраивается под глаз индивидуально. Даже с самой высокой близорукостью в микроскопе можно видеть резкое изображение. Неудобство только в том, что очки все время приходится снимать и надевать.

Окуляры могут быть широкофокусными (помечаются буквами WF, wide focus). Такой окуляр имеет большую ширину поля зрения, что заметно облегчает работу с широкими препаратами.
Также следует упомянуть линзу Барлоу (Barlow lens). Это дополнительная трехслойная линза, помещаемая в тубус оптического прибора перед окуляром и дающая небольшое дополнительное увеличение. Как правило, в комплекте поставки микроскопа можно встретить линзы Барлоу 2х. Это банальный маркетинговый трюк. Дешевые ахроматические стеклянные (или даже, упаси боже, пластиковые) линзы заметно ухудшают качество изображения, а потому при мощном увеличении бессмысленны. При низких же и средних сочетания объектива и окуляра вполне достаточно.

По количеству окуляров микроскопы делятся на классические монокулярные (один окуляр), бинокулярные (два окуляра, чтобы смотреть обеими глазами) и тринокулярные (третий тубус/порт обычно монтируется вертикально и служит для подсоединения фото- или видеокамеры).

Наиболее прост в использовании монокуляр. К нему очень легко привыкнуть, а проблему он создает единственную – сильную нагрузку на один глаз при расслабленном другом. При долгом использовании это может кончиться неприятными последствиями для зрения.

Бинокулярные микроскопы используются для обоих глаз сразу и создают стереоизображение. Они позволяют регулировать расстояние между окулярами для подгонки под свои зрачки. Также один из тубусов бинокуляра содержит регулировку, позволяющую компенсировать разницу в диоптриях между глазами. Следует держать в уме, однако, что создание цельного изображения при использовании бинокуляра гораздо сложнее, чем с монокуляром, к нему следует привыкать. Кроме того, регулировка имеет свои ограничения по расстоянию между зрачками, так что подстройка под ребенка может оказаться невозможна. Детский микроскоп следует брать монокулярный, да и для эпизодических любительских упражнений бинокуляр особо не пригодится.

Тринокулярные устройства выглядят эффектно и удобно, если речь идет о трансляции изображения наружу одновременно с работой. Однако следует учитывать, что не всегда все три порта могут использоваться одновременно. Встречаются решения, в которых, например, приходится выбирать между одним из глазных тубусов и третьим портом.

Рис. 7. Тринокуляр Omax M837ZL с вертикальным портом для камеры (фото производителя)

Оптическая система – заключение

Суммарная мощность биологического микроскопа вычисляется как произведение увеличений окуляра и объектива. Например, с объективом 40х и окуляром 10х общее увеличение составит 400х. Однако следует учитывать, что для стандартных ахроматических линз добиться четкого изображения на сверхмощном увеличении из-за законов оптики практически невозможно. Начиная с определенного момента, линзы будут только увеличивать уже видимые детали, но не добавлять новые. Максимальное эффективное оптическое увеличение составляет примерно 1500х, а то и меньше, в домашних условиях 1000х – практический потолок. Для более высоких разрешений применяются дорогие апохроматические линзы либо электронные микроскопы, что уже совсем другая песня.

Вообще 1000х – много это или мало? Размер золотистого стафилококка – около 1 мкм (1/1000 мм), амебы – 200-600 мкм, одноклеточной водоросли – около 40 мкм. Тысячекратного увеличения вполне хватит, чтобы разглядеть все это с подробностями. Так что не обращайте особого внимания на маркетинговые цифры максимального увеличения 2500-3000х, получаемого тупым перемножением максимальных мощностей объективов и окуляров. Установить вы его установите, только в результате получится как в песне «Сиреневый туман под линзой проплывает…»

При работе с препаратами также важна правильная установка диафрагмы конденсора. Узкая диафрагма повышает контрастность и резкость, но затемняет изображение. Широкая диафрагма пропускает больше света, но может сделать изображение пересвеченным и малоконтрастным, скрывая детали и даже целые объекты. Подбор диафрагмы для каждого препарата выполняется индивидуально.

На картинке ниже обратите внимание на вращающуюся головку микроскопа, позволяющую ориентировать окуляры в нужном направлении. Такая конструкция удобна при работе нескольких человек. Однако подстраивать резкость под свои глаза каждому все равно придется индивидуально.

Рис 8. Бинокулярный микроскоп Motic BA80 (фото производителя). Под столиком в центре хорошо виден конденсор, на столике – месяцевидный зажим для предметного стекла

Оптическая система – сопряжение микроскопа с компьютером

Подключение микроскопа к внешним устройствам, таким как монитор или компьютер, выполняется за счет установки специальной видеокамеры *вместо* окуляра или в выделенный порт тринокуляра. Следует держать в уме, что в этом случае теряется увеличение, даваемое окуляром, остается только увеличение объектива и нерегулируемых линз камеры. В параметрах камер обычно указывается только емкость ее матрицы (3, 5, 10 и более мегапикселей), оптическое увеличение остается тайной за семью печатями. Кроме того, поле зрения камеры существенно уже, чем у человеческого глаза.

Сама по себе камера может не распознаваться стандартными средствами Windows и приложений (и не надо – без микроскопа она полностью слепа), так что производители прилагают к ней специализированный софт. Он позволяет как делать фотографии, так и записывать видео. На рынке есть разные виды камер – от стареньких с разрешением 640х480 до современных с разрешением аж до 20 мегапикселей. Отличаются они также интерфейсами, что влияет на возможности записи видео в первую очередь (получение видеопотока с высоким FPS и разрешением через USB 2.0 будет затруднительно). Также камеры могут подключаться напрямую к монитору или иному устройству через HDMI, иметь WiFi-интерфейс и т.п.

Многие производители предлагают для своих микроскопов также и камеры, но никто не мешает купить камеру от другого вендора. Следует только учитывать, что диаметр тубуса у разных микроскопов может отличаться, так что следует удостовериться, что данная камера подходит для данного тубуса. Ну, или использовать переходники, которые тоже продаются. Стандартный диаметр для окуляра биологического микроскопа – 23,2 мм, стереомикроскопа – 30 и 30,5 мм.

Существуют также относительно дешевые насадки, позволяющие перенаправлять оптический поток из окуляра в объектив камеры смартфона. Плюс такого устройства – сохранение оригинального увеличения, поскольку монтируются они поверх окуляра. Минус – возможности получения и сохранения изображения ограничиваются невеликими возможностями смартфона. Ну, и поле зрения у такой камеры все равно уже, чем у глаза.

Рис. 9. Цифровая камера для микроскопа Puls Life Science DCM-310 (фото производителя)

Цены и производители

Цены на биомикроскопы можно найти самые разные. Те, что позиционируются для детей, попадаются и за 30-40 евро, однако следует помнить о возможных ограничениях типа фиксированного окуляра 10х, не поддерживающего установку камеры, отсутствия конденсора, а то и вообще подсветки, примитивном предметном столике и т.п. В Европе можно купить монокулярные микроскопы с тремя объективами, рассчитанные на энтузиастов и студентов, их ценовая категория – от 100 евро. Камера для микроскопа – от 50 евро (и далее в космос: двадцатимегапиксельная может стоит и семь сотен). Более профессиональные микроскопы – би- и тринокуляры со стократными объективами – стоят от 250 евро. Наконец, многие вендоры предлагают комплекты, специально рассчитанные на детей, студентов и энтузиастов. В них могут входить монокуляр входного уровня, простенькая видеокамера, базовый набор инструментов и предметных стекол и т.п. Цены на такие комплекты начинаются от полутора сотен евро.

К покупке следует обязательно добавить минимум один набор из предметных и покровных стекол (от 8-10 евро – учтите, это расходный материал), а также, по желанию, набор заранее подготовленных препаратов (крылья, ноги, хвосты, листики и подобные нехитрые препараты для вхождения в тему). Ну, а дальше – скальпели, пинцеты, микротомы, чашки Петри, пробирки, препараторские иглы и так далее, и тому подобное в зависимости от ваших увлечений. Также обязательно купите изопропиловый спирт (чем выше концентрация, тем лучше), кисточки, продувки, салфетки из микрофибры и т.п. – оптика имеет свойство пачкаться и пылиться, а даже отдельные пылинки на линзах микроскопа отобьются пятнами на изображении.

Учитывайте также, что цены на одни и те же товары на американском, английском и немецком Амазонах, не говоря уже про eBay, могут очень существенно различаться, так что после выбора модели стоит порыться на разных площадках в поисках цены пониже. Также можно искать микроскопы на Алиэкспрессе. Однако хотя там цены заметно ниже, чем в Европе, цена на доставку оказывается сопоставима с ценой самого микроскопа, что полностью лишает затею смысла.

Какой бренд выбрать? Поскольку оптика для микроскопов критично важна, на этом рынке отметились крупные мировые производители, связанные с оптикой – Олимпус, Цейс, Лейка, Никон и так далее. Однако цены на их устройства даже входного уровня, мягко говоря, не радуют, да и в розницу они могут просто не работать. Так что любителю стоит приглядеться к более демократичным вендорам, таким как Swift, Bresser, Omax или AmScope. Также можно приобрести отдельные объективы и окуляры, в том числе китайского производства (есть неплохие, судя по отзывам), но в этом случае нужно удостовериться что они совместимы с микроскопом. Европейский стандарт, определяющий резьбу и прочие механические и оптические параметры, называется DIN.

Немного практики. Игрушка в реальности

После месяца мучительных раздумий, в которых детское «хочу!» отчаянно боролось с взрослой скупостью и рационализмом, я остановился на бинокуляре Swift 350B. Почему? Ничего особенного: микроскопы Swift при умеренных ценах имеют качество, подходящее даже для лабораторных условий. Плюс на осенней распродаже на английском Амазоне эта модель продавалась всего за 160 фунтов. Чтобы два раза не вставать, вторым компонентом покупки стала трехмегапиксельная камера Swift стоимостью 80 фунтов.

Выглядит комплект поставки микроскопа примерно так:

Четыре объектива (4х, 10х, 40х и 100х) уже установлены в револьверное кольцо, наборы окуляров (10х и 25х) вложены отдельно. Обратите внимание на пустую вертикальную выемку над головкой и два пустых гнезда – упаковка универсальна и рассчитана в том числе на тринокуляры. Шнур/гнездо питания – C13/C14, блок питания встроен в основание. В комплект входит простенький пластиковый чехол а-ля «мешок мусорный обыкновенный».

В сборе и с подключением к ПК выглядит так (на мониторе – транслируемое с микроскопа изображение пчелиной ноги):

Теперь посмотрим, как выглядят образцы с разным увеличением при трансляции с камеры. Начнем с препарата листа флокса (поперечный срез) из продаваемого набора образцов. Использованы объективы 4х, 10х, 40х и 100х (без масла).

(4х)

(10х)

(40х)

(100х)

Как видно, без иммерсии стократный объектив ничего внятного не показывает. Сорокакратный показывает, но из-за малой глубины резкости приходится выбирать, какой слой препарата рассматривать. Поскольку вместо окуляра использована оптика камеры, финальное оптическое увеличение я определить затрудняюсь. Для сравнения: на снимке ниже то, что видит камера сотового телефона через окуляр 25х и объектив 4х (итоговое увеличение 100х). Снималось с рук, поскольку держатель для телефона я не купил, отсюда обрезанность по бокам.

Можно предположить, что камера дает увеличение 20-25х, но какова его часть оптическая, а какова цифровая, определить сложно.

Второй препарат – сделанный самостоятельно. Просто капля воды из кухонной раковины под покровным стеклом без какой-либо подготовки. Объективы те же: 4х, 10х, 40х.

(4х)

(10х)

(40х)

Обратите внимание на радужную кайму по границе капли (дугообразная черная линия на втором и третьем снимках). Если на 4х аберраций не видно никаких, то на 10х уже появляется слабое искажение цветов на границах объектов. На 40х радуга становится настолько заметной, что отчетливо видна даже на снимке камеры и заметно ухудшает резкость. Именно для ликвидации такого эффекта стократные объективы погружают в масло.

Для сравнения: что видит камера смартфона через окуляр при с комбинацией 4х * 25х:

Напоследок пара слов о стеклах. Препарат, помимо наблюдаемого объекта, состоит из толстого предметного стекла и тонкого покровного. Предметное стекло кладется на столик, покровное обращено к окуляру. Следует быть чрезвычайно осторожным при работе с покровными стеклами: при толщине 0,13-0,17 мм они имеют весьма острые грани, несмотря даже на специальную их обработку. При неаккуратном обращении они могут запросто распластать вам палец, а то и сломаться в ране. Ни в коем случае не позволяйте работать с ними малым детям, да и подростков тоже следует проконтролировать на начальном этапе.

По окончании работы с препаратом следует либо как следует очистить и обезжирить стекла. Остатки жира и масла приведут к тому, что капля будет не растекаться по стеклу, а разбиваться на еще более мелкие капли, затрудняя рассмотрение. В лабораториях применяются разные методы обезжиривания, но они небезопасны и требуют специальных химикатов, зачастую ядовитых, и оборудования типа вытяжек. В домашних условиях наиболее простой способ – изопропиловый спирт либо получасовое кипячение на медленном огне в растворе 2-5% растворе пищевой соды (примерно чайная ложна на 100 мл). Грязное покровное стекло, скорее, проще выбросить – оно слишком хрупкое и легко ломается. Да и за предметные стекла тоже особо держаться не стоит – это дешевый расходный материал. Иммерсионные объективы от масла чистятся так же, как и любая другая оптика: изопропиловым спиртом на микрофибре.

На этом введение в основы оптической микроскопии закончены. Успехов в самостоятельном плавании.

Источник