Арт. BERGAMO
Увеличение
Увеличение системы представляет собой произведение увеличений каждого из оптических элементов в системе. На рисунке 1 показаны оптические элементы, которые обеспечивают увеличение – это объектив, тубус для камеры, окуляр:
Рис. 1 Оптические элементы, отвечающие за увеличение
При визуализации изображения с помощью камеры увеличение системы определяется произведением увеличения объектива и тубуса для камеры. При просмотре изображения с помощью тринокуляра увеличение системы является произведением увеличения объектива и окуляра.
Важно отметить, что увеличение, указанное в спецификациях этих продуктов, является верным только тогда, когда все оптические элементы изготовлены одним и тем же производителем. Если это не так, тогда можно рассчитать увеличение системы, но сначала необходимо рассчитать эффективное увеличение объектива, как описано ниже.
Чтобы адаптировать представленные в статье примеры к вашему микроскопу, пожалуйста, используйте калькулятор увеличения и поля зрения от Thorlabs. Обратите внимание, что калькулятор представляет собой электронную таблицу Excel, в которой используются макросы. Чтобы использовать калькулятор, необходимо включить макросы. Для этого нажмите кнопку «Включить содержимое» на желтой панели сообщений после открытия файла.
Пример 1: Увеличение камеры
При съемке образца с помощью камеры изображение увеличивается с помощью объектива и тубуса для камеры. При использовании объектива Nikon с 20-кратным увеличением и тубуса Nikon с 0.75-кратным увеличением, изображение на камере будет с увеличением 20X × 0.75X = 15X.
Пример 2: Увеличение тринокуляра
При визуализации образца через тринокуляр, изображение увеличивается объективом и окулярами в тринокуляре. При использовании 20-кратного объектива Nikon и тринокуляра Nikon с 10-кратными окулярами изображение на окулярах имеет увеличение 20X × 10X = 200X. Обратите внимание, что изображение на окулярах не проходит через тубус для камеры, как показано на рисунке 1.
Использование объектива с микроскопом другого производителя
Увеличение не является фундаментальным значением: это производное значение, рассчитываемое исходя из определенного фокусного расстояния тубусной линзы. Каждый изготовитель микроскопов выбрал свое фокусное расстояние для этой линзы. В таблице 1 приведены значения фокусного расстояния тубусной линзы различных производителей микроскопов.
Таблица 1 Фокусные расстояния тубусной линзы у различных производителей
|
Производитель |
Фокусное расстояние тубусной линзы |
|
Leica |
f = 200 мм |
|
Mitutoyo |
f = 200 мм |
|
Nikon |
f = 200 мм |
|
Olympus |
f = 180 мм |
|
Thorlabs |
f = 200 мм |
|
Zeiss |
f = 165 мм |
Примечания: Зеленым цветом, выделены производители, которые не используют линзы с f = 200 мм.
Таким образом, при объединении оптических элементов от разных производителей необходимо рассчитать эффективное увеличение объектива, которое затем используется для расчета увеличения всей системы. Эффективное увеличение объектива вычисляется с помощью уравнения 1:
Уравнение 1. Эффективное увеличение объектива
где расчетное увеличение – увеличение, указанное производителем на объективе; 
– фокусное расстояние тубусной линзы в используемом микроскопе; 
– фокусное расстояние тубусной линзы, которое производитель объектива использовал для расчетного увеличения (данные из таблицы 1).
Следует обратить внимание, что фирмы Leica, Mitutoyo, Nikon и Thorlabs используют одинаковое фокусное расстояние объектива; при объединении элементов любого из этих производителей преобразование не требуется.
Пример 3: Увеличение тринокуляра (Другие производители)
При визуализации образца через тринокуляр, изображение увеличивается объективом и окулярами в тринокуляре. В данном примере использованы объектив Olympus с 20-кратным увеличением и тринокуляр Nikon с 10-кратным увеличением. Согласно выражению 1 и таблице 1, можно рассчитать эффективное увеличение объектива Olympus в микроскопе Nikon:
Эффективное увеличение объектива Olympus 22.2X и увеличение тринокуляра 10X, поэтому изображение на окулярах будет иметь увеличение 22.2X × 10X = 222X.
Площадь образца при его визуализации с помощью камеры
При визуализации образца с помощью камеры площадь образца определяются размерами сенсора камеры и увеличением системы:
Уравнение 2 Расчет площади образца
Размеры сенсора камеры можно уточнить у производителя, тогда как увеличение системы является произведением увеличения объектива и тубуса для камеры (пример 1). При необходимости увеличение объектива можно отрегулировать, как показано в примере 3.
Чем больше увеличение системы, тем лучше её разрешение, но рост увеличения приводит к уменьшению поля зрения. На рисунке 2 показана зависимость поля зрения от увеличения.
Рис. 2 Зависимость поля зрения от увеличения
Пример 4: Площадь образца
Размеры сенсора камеры в научной камере Thorlabs 1501M-USB составляют 8.98 мм × 6.71 мм. Если эта камера используется с объективом Nikon и тринокуляром из Примера 1, которые имеют увеличение 15Х, то площадь изображения будет:
Примеры площадей образцов
На рисунках 3 представлены изображения почек мышей. Они были получены с использованием одного объектива и одной и той же камеры, но используемые тубусы для камер были разными. Из фотографий отчетливо видно, что рост увеличения приводит к уменьшению поля зрения.
|
|
|
|
Рис. 3 Зависимость поля зрения от увеличения. Справа – изображение получено с использованием тубуса микроскопа для камеры с увеличением 1X (Thorlabs WFA4100); В центре – 0.75X (Thorlabs WFA4101); Слева – 0.5X (Thorlabs WFA4102)
