Типы стереомикроскопов, применение, возможности

Более половины микроскопов установленных на нашей планете — стереомикросопы. Стереомикроскопы – широкий класс оборудования, позволяющий решать множество задач самых разных направлений. По своей сути стереомикроскоп является «специальными» очками для наших глаз, позволяющими видеть нам объемные предметы под сильным увеличением не теряя пространственной ориентации.
В отличии от лабораторных микроскопов, где изображение формируется одним оптическим каналом, затем дублируется в тубусе и поступает к нам в глаза в виде двух одинаковых изображений в каждом окуляре, в стереомикроскопе изображение формируется иначе. Стереомикроскоп формирует различное изображение объекта в левом и правом окуляре, будто мы наблюдаем его с двух сторон (под углом стереоскопичности, обычно 11-15 градусов) при значительном увеличении. Такой метод формирования изображения позволяет сохранить виртуальную объемность объекта. Наши глаза с легкостью определяют, на каком расстоянии находится тот или иной элемент исследуемого образца, а рельеф поверхности становится понятным с первого взгляда.
Стереомикроскопы очень помогают в ситуациях, когда нам необходимо увидеть объемное увеличенное изображение исследуемого объекта с высокой контрастностью, четкостью и большой глубиной резкости. Только при использовании стереомикроскопа возможно проводить микроманипуляции образца в большом удобном рабочем пространстве. Стереомикроскоп незаменим для проведения реставрационных работ, подготовки проб для электронной и оптической микроскопии, пайки и склейки мелких объектов, а также для сложной сборки систем, в которых используются мелкие детали, к примеру часы и различные электронные устройства.

Типы стереомикроскопов

В настоящий момент существует два типа построения стереомикроскопов. Это схема Грену и схема Аббе (параллельная схема с общим главным объективом – CMO common main objective). У каждой схемы есть свои преимущества и недостатки, но обе они встречаются одинаково часто, хотя микроскопы, построенные по схеме Грену, дешевле параллельных систем.

Начнем с микроскопов схемы Грену. При такой конструкции изображение, формируется двумя раздельным оптическими путями, расходящимися на угол стереоскопичности. Недостатком такой системы является наклон оптической оси объективов относительно образца. Наклоненный объектив строит трапециевидное изображение объекта в фокальной плоскости окуляра. Наши глаза обычно компенсируют этот эффект, но при длительной работе наблюдатель может испытывать усталость, связанную с трапециевидным изображением в каналах. Небольшие расхождения по увеличению и фокусу в каждом из путей также добавляют негативное влияние на комфорт наблюдения, заметный со временем при длительной работе.

Преимуществом схемы Грену является высокая глубина резкости изображения, отличная стереоскопичность, а также компактность конструкции. Кроме того, изображение в каждом канале стереомикроскопа Грену формируется центрально относительно оптической системы, что позволяет легче корректировать оптические аберрации.

Стереомикроскопы Аббе выполнены с одним главным объективом, располагающимся строго перпендикулярно исследуемому объекту. Диаметр объектива накладывает некоторые ограничения на угол стереоскопичности, ограничивая его до 11 градусов.

Благодаря такой схеме достигается большое поле зрение и отсутствие искажений изображения. В старших моделях стереомикроскопов используют План Апохроматические Plan-Apo объективы, с полностью исправленными хроматическими аберрациями и кривизной поля, что позволяет получать высокое качество изображения как в окулярах, так и на камере. В некоторых стереомикроскопах, выполненных по схеме Аббе предусмотрена возможность располагать объектив соосно с фотоканалом для четкого вертикального формирования изображения на камере, свободного от искажений, к примеру, стереомикроскопы Olympus SZX с поворотным револьвером объективов. Конструктивно стереомикроскопы с общим главным объективом сложнее, требуют высокой коррекции аберраций объектива и стоят дороже. Схема Аббе используется в стереомикроскопах исследовательского и реже лабораторного класса.

Обоснование выбора схемы стереомикроскопа

Выбор между стереомикроскопами конструкций Грену и Аббе осуществляется в первую очередь исходя из задач пользователя. Ошибочно думать что микроскоп Аббе будет выигрышным вариантом при любом применении.

Стереомикроскопы, выполненные по схеме Грену – отличный выбор для реставрационных задач, пайки, позиционирования кристаллов и т.п. Эти системы в полной мере проявляют себя в случаях, когда необходимо невысокое увеличение до 100х при сравнительно большом рабочем расстоянии около 100 мм. Получение качественных, свободных от геометрических погрешностей фотоизображений на стереомикроскопах Грену затруднительно из-за наклона объектива относительно исследуемого объекта.

Для хороших микрофотографий, обладающих высоким разрешением, удобством работы с препаратами, в задачах где увеличение играет первостепенную роль, стоит обратить вниманием на системы с главным общим объективом. При получении снимков необходимо учесть возможность установки объектива строго соосно оси фотоканала.

Коррекция аберраций смещением объектива при получении фотографий.
Стереомикрскоп Olympus SZX-16, выполненный по cхеме АббеПри комплектовании учебного класса, формировании высокопроизводительной лаборатории с множеством рабочих мест необходимо учитывать экономическую стоимость выбора моделей стереомикроскопов. Целесообразно использовать микроскопы Грену там, где требуется визуальная оценка дефектов, контроль качества и непосредственно работа под микроскопом. Для получения фотографий, вывода изображения с микроскопа на проектор или цифровой телевизор высокого разрешения в целях демонстрации на верхнем пределе увеличения (более 100х для стереомикроскопов) желательно использовать схему Аббе, если позволяет финансирование.