Визуальное увеличение цифрового микроскопа – эта величина, которая показывает во сколько раз объект исследования на экране компьютера (или телевизора) больше, чем в натуральную величину. Например, если объект реально имеет линейный размер 1 мм, а на экране монитора он имеет размер 10 мм (1 см), то визуальное увеличение на экране будет равно десяти (10 раз, 10 крат, 10х, все это – одно и то же — обозначение увеличения).
Для каждого объектива, как и для каждого монитора, визуальное увеличение будет разное.
Для того чтобы определить визуальное увеличение цифрового микроскопа для данного объектива достаточно измерить величину увеличенного объекта на экране монитора. При этом реальный размер данного объекта должен быть известным. Далее нужно разделить размер увеличенного на экране объекта на его реальную величину, не забывая привести все к одним единицам. Самое простое — размер между двумя соседними штрихами штангельциркуля (см.фото справа).
Например, эритроцит крови человека в среднем составляет 7.5 мкм. Если с объективом 40х диаметр среднего эритроцита на экране составляет 2.0 см, то визуальное увеличение микроскопа на экране монитора (размеры в метрах) можно определить таким образом: 0.02 / 0.0000075 = 2666 (раз). В качестве эталона (объекта) для определения визуального увеличения микроскопа может быть выбран любой объект с известными размерами.
Если размер наблюдаемого объекта НЕИЗВЕСТЕН, тогда определить визуальное увеличение микроскопа на экране монитора можно следующим образом: увеличение
объектива нужно умножить на собственное увеличение камеры. Увеличение объектива можно узнать, посмотрев надпись на объективе. Обычно это 4, 10, 40 или 100 раз (есть также объективы с увеличением 20х, 60х, 90х и др.). Чтобы узнать собственное увеличение камеры нужно разделить размер диагонали картинки на экране монитора на реальную величину диагонали светоприемной матрицы камеры. Для матрицы 1/3 дюйма реальный размер диагонали будет равен 6 мм (реальный размер отличается от заявленного). Тогда, например, если у Вас размер диагонали изображения на экране монитора 42.5 см (монитор 17″ с соотношением сторон 4 : 3), то собственное увеличение камеры будет равно (размеры в метрах): 0.425 / 0.006 = 70.8, т.е. примерно 70 раз. Тогда с объективом 40х визуальное увеличение микроскопа на экране монитора будет составлять: 40 * 70 = 2800 раз. Ура! Мы победили всех драконов!!
Определение визуального увеличения цифрового микроскопа для камеры с матрицей 1/3″ формфактора 4:3
Обратите внимание на важные моменты:
- Поскольку визуальное увеличение микроскопа на экране монитора зависит от диагонали картинки на экране, то для каждого монитора визуальное увеличение будет разное. Это зависит также и от соотношения сторон монитора (4:3, 16:10, 16:9). В первом случае (4:3) увеличение будет наибольшее, поскольку для отображения картинки используется вся площадь экрана монитора, так как соотношение сторон светоприемной матрицы видеокамеры тоже равно 4:3. В последнем случае (16:9 – широкоформатные мониторы) увеличение будет наименьшее, так как по краям экрана – справа и слева – появляются неиспользованные зоны – черные полосы.
- Не путайте визуальное увеличение микроскопа на экране монитора с оптическим увеличением микроскопа. Оптическое увеличение микроскопа, которое может быть достигнуто с тем или иным объективом, определяется апертурным числом объектива, и ограничивается, как правило, числом, равным тысячекратно взятой апертурой микроскопа. Максимальное оптическое увеличение любого светового микроскопа не может быть более 1500 раз (для объектива 100х). Все что свыше этого суть цифровые методы обработки и построения изображения. Однако, для лучшего восприятия графической информации допускается увеличение объекта наблюдения в несколько раз, что и достигается с помощью современных методов визуализации в микроскопии.
См. также статьи:
Особенности цифровой микроскопии.
Цифровая микроскопия высокого разрешения в микроскопии нативной крови – суть технологии (доклад Третьем Украино-Китайском Форуме в Харбине, Чэнду, Циндао, сентябрь 2017)
© Любая часть авторских материалов, размещенных на данном ресурсе, может быть перепечатана только с обязательной ссылкой на источник. ©
Содержание
- – Какое увеличение у цифрового микроскопа?
- – Как определить кратность увеличения микроскопа?
- – Как узнать во сколько раз увеличивает микроскоп?
- – Почему существует предел увеличения светового микроскопа?
- – Какое максимальное увеличение светового микроскопа?
- – Что накладывает ограничение на максимально возможное увеличение оптического микроскопа?
- – Как определить кратность увеличения объектива?
- – Как рассчитать увеличение окуляра?
- – Какая формула используется для расчета увеличения биология?
- – Сколько раз увеличивает лупа?
- – Сколько раз увеличивает школьный микроскоп?
- – Чему равно фокусное расстояние 40х объектива?
- – Почему вирусы не видны в световом микроскопе?
- – Можно ли увидеть Хлоропласт в световом микроскопе?
- – Можно ли увидеть в световом микроскопе аппарат Гольджи?
Чтобы вычислить увеличение микроскопа, нужно просто перемножить увеличение объектива на увеличение окуляра. Для типичного составного микроскопа с 10-кратным окуляром и объективами с увеличениями 4х, 10х, 40х и 100х, получится ряд увеличений 40х, 100х, 400х и 1000х, в зависимости от используемого объектива.
Какое увеличение у цифрового микроскопа?
Цифровые микроскопы для микроэлектроники
Оптика инспекционных микроскопов рассчитана на максимальное полезное оптическое увеличение, до 1500х, с разрешением 0.47-0.22мкм и широкий спектр освещения.
Как определить кратность увеличения микроскопа?
Увеличение Чтобы узнать кратность микроскопа, надо умножить увеличение окуляра на увеличение объектива. Например, если окуляр 10х, а объектив 30х, кратность микроскопа составляет 300х.
Как узнать во сколько раз увеличивает микроскоп?
Лупа, микроскоп. Как определить, во сколько раз увеличивает микроскоп? Необходимо умножить число, указанное на используемом окуляре, на число указанное на используемом объективе. Например, если окуляр дает 10-кратное увеличение, а объектив — 20-кратное, то общее увеличение равно 10 * 20 = 200 раз.
Почему существует предел увеличения светового микроскопа?
Смыслом определения разрешающая способность светового микроскопа, является возможность оптической системы четко различать две рядом расположенные точки. … Если не достигнут предел разрешения светового микроскопа, то ее можно увеличить. Это возможно путем увеличения апертуры объектива или уменьшением длины волны света.
Какое максимальное увеличение светового микроскопа?
Таким образом, оптический микроскоп способен различать структуры с расстоянием между точками до ~0,20 мкм, поэтому максимальное увеличение, которого можно было добиться, составляло ~2000 крат.
Что накладывает ограничение на максимально возможное увеличение оптического микроскопа?
Предельная разрешающая способность микроскопа связана с длиной волны электромагнитного излучения. «Проникнуть глубже» в микромир возможно при применении излучений с меньшими длинами волн.
Как определить кратность увеличения объектива?
Чтобы рассчитать кратность, нужно фокусное расстояние телескопа разделить на фокусное расстояние окуляра (например телескоп Sky-Watcher BK 707AZ2 c 10 мм окуляром даст кратность 70x). Кратность нельзя увеличивать бесконечно. Как только кратность превышает разрешающую способность телескопа (диаметр объектива x1.
Как рассчитать увеличение окуляра?
Чтобы рассчитать увеличение телескопа, нужно воспользоваться нехитрой формулой: Г=F/f, где Г — увеличение телескопа, F – фокусное расстояние телескопа, f – фокусное расстояние окуляра.
Какая формула используется для расчета увеличения биология?
Заметим, что изображение, полученное с помощью биологического микроскопа, – перевернутое. Увеличение микроскопа можно рассчитать по формуле: УВЕЛИЧЕНИЕ = УВЕЛИЧЕНИЕ ОБЪЕКТИВА Х УВЕЛИЧЕНИЕ ОКУЛЯРА.
Сколько раз увеличивает лупа?
На оправе лупы обычно отмечают её увеличение, например 7×, 10× или 7×, 15×, что означает: лупа увеличивает в 7, 10 или 15 раз, то есть во столько раз она как бы приближает предмет к глазу. Человек с хорошим зрением различает мелкие детали лучше всего в 25см от глаз (это расстояние наилучшего зрения).
Сколько раз увеличивает школьный микроскоп?
Первый микроскоп голландского ученого Антони ван Левенгука мог увеличить изображение в 300 раз. Возможности современных цифровых и биологических микроскопов значительно выросли, например, обычный школьный микроскоп дает увеличение до 1000 крат.
Чему равно фокусное расстояние 40х объектива?
Объектив в камере имеет высокую кратность: максимальная для оптического зума составляет 40х. Минимальное эквивалентное фокусное расстояние равно 24 мм, то есть угол обзора шире, чем у большинства фотокамер в смартфонах. Это позволяет достаточно комфортно снимать и в тесных помещениях, и на улицах.
Почему вирусы не видны в световом микроскопе?
Конечно, вирус — это не нейтрино, не атом и даже не молекула, но все же объект настолько малый, что его невозможно увидеть не только глазом, но и в обычный световой микроскоп.
Можно ли увидеть Хлоропласт в световом микроскопе?
В световой микроскоп можно видеть структуру клетки размером не менее 350 нм, поэтому, например, рибосомы, микротрубочки (толщина около 25 нм), эндоплазматическую сеть (толщина мембраны около 6 нм) увидеть нельзя, а размер хлоропластов колеблется от 4 до 10 мкм — их можно увидеть в световой микроскоп.
Можно ли увидеть в световом микроскопе аппарат Гольджи?
Для изучения строения и химического состава клетки можно применять световую микроскопию. В световой микроскоп можно увидеть крупные структуры размером от 0,5-1 мкм: ядро, ядрышко, пластиды, митохондрии и аппарат Гольджи.
Интересные материалы:
Как обрезать фото в лайтрум вертикально?
Как обрезать края фото в фотошопе?
Как обрезать лук порей на зиму?
Как обрезать стекло без стеклореза?
Как обрезать таблицу в гугл таблицах?
Как обрезать в премьере?
Как общаться с чат ботом?
Как общаться с покупателем на Юле?
Как обвести цифру кружком в ворде?
Как очистить чайник от жира и нагара?
Random converter
- Калькуляторы
- Микроскопия
Калькулятор увеличения цифрового микроскопа
Калькулятор определяет увеличение оптического микроскопа с цифровой камерой, когда изображение образца под микроскопом просматривают на мониторе.
Пример: Рассчитать увеличение цифрового микроскопа с объективом 45×, окуляром 10×, линзой 0.35× в адаптере камеры с 2-мегапиксельной матрицей типоразмера 1/2.5” (5.76 × 4.29 мм) с разрешением 1600 × 1200 пикселей; изображение просматривают на дисплее с диагональю 32 дюйма и разрешением 2560×1440.
Входные данные
Микроскоп
Увеличение объектива микроскопа
Mobj ×
Увеличение окуляра микроскопа
Mocular ×
Увеличение линзы адаптера камеры (тубусной линзы)
Mcam adapter ×
Монитор
Диагональ монитора
dmonitor
Горизонтальное разрешение монитора
rhor monitor пикселей
Вертикальное разрешение монитора
rvert monitor пикселей
Фотоматрица камеры
Размер матрицы в видиконовых дюймах и миллиметрах
или Ширина фотоматрицы
wsens мм
Высота фотоматрицы
hsens мм
Горизонтальное разрешение фотоматрицы
rhor sensor пикселей
Вертикальное разрешение фотоматрицы
rvert sensor пикселей
Поделиться ссылкой на этот калькулятор, включая входные параметры
Выходные данные
Промежуточные результаты расчета
Размер пикселя фотоматрицы
p sensor мм
Соотношение сторон монитора
amon
Ширина монитора
wmon
Размер пикселя монитора
pmon мм
Соотношение размеров пикселей монитора и фотоматрицы
Rpixel size
Оптическое увеличение на камере
Moptical at cam ×
Цифровое увеличение
Mdigital ×
Окончательные результаты расчетов
Увеличение на окулярах
Mat ocular ×
Полное увеличение на экране
Mtotal cam ×
Определения и формулы
Цифровой микроскоп
Цифровой микроскоп — это оптический микроскоп, в котором изображение образца регистрируется на цифровом носителе, а для его просмотра используется видеомонитор. Существует два основных типа цифровых микроскопов: с окулярами и без них. Если в микроскопе нет одного или двух окуляров, изображение просматривают только на мониторе. Цифровые микроскопы часто снабжаются встроенным светодиодным освещением, причем часто светодиоды встраивают в объектив микроскопа. Выпускают различные цифровые микроскопы — от очень дешевых, подключаемых к шине USB, до очень дорогих промышленных микроскопов. Мы не будем рассматривать в этом калькуляторе микроскопы без окуляров. Однако мы попробуем сравнить два цифровых микроскопа.
Просмотр биологического материала с помощью цифрового микроскопа Supereyes B011 с 5-мегапиксельной камерой и объективом L1000 в режиме проходящего света. Мы сравнили этот микроскоп с традиционным оптическим микроскопом с камерой и практически таким же увеличением.
Цифровые микроскопы с окулярами, в свою очередь, разделяются на два основных класса: со встроенной цифровой камерой и отдельной камерой. Последние могут быть монокулярными, бинокулярными и тринокулярными. Те, кто пользуются микроскопом ежедневно, предпочтут тринокулярный микроскоп. Он удобнее, но и дороже. Тем же, кто пользуются микроскопом время от времени (к ним относится и автор этой статьи), вполне подойдет бинокулярный микроскоп, а камеру при необходимости можно вставить вместо окуляра или вместо головки с окулярами.
Главными характеристиками любого микроскопа является его разрешение и увеличение. Наш Калькулятор разрешения микроскопа и камеры позволяет рассчитать требуемый шаг пикселя и разрешение камеры микроскопа, а также определяет, годится ли конкретная камера для данного сочетания объектива микроскопа и конденсора. А этот калькулятор можно использовать для определения увеличения микроскопа.
Традиционный оптический составной микроскоп с зеркальной фотокамерой, установленной взамен головки с окулярами. Эта конструкция с объективом 10× использовалась для сравнения с полностью цифровым микроскопом, поле зрения которого немного меньше поля зрения данного объектива.
Увеличение цифрового микроскопа
На этом изображении можно использовать только увеличения 2×, 4× и 8×. При большем увеличении изображение выглядит больше, но на нем не появились новые подробности. Такое увеличение называется пустым.
Интересно сравнить увеличение традиционного микроскопа с увеличением полностью цифрового микроскопа. В традиционном оптическом микроскопе увеличение определяется как соотношение реального размера объекта с его мнимым изображением, которое появляется при просмотре объекта под микроскопом. Увеличение нужно только в том случае, если в увеличенном изображении можно рассмотреть больше деталей, чем невооруженным глазом. Существует предел увеличения оптического микроскопа, называемый дифракционным пределом. Максимальное полезное увеличение оптического микроскопа приблизительно равно 1000×.
Пример бесполезного (пустого) увеличения представлен на рисунке швейцарской 20-франковой банкноты, изображение которой увеличено последовательно в 2×, 4×, and 8×, 16× и 32×. Последние два увеличения не позволяют увидеть новых деталей.
Увеличение оптического микроскопа на окулярах определяют стандартным способом уже очень давно. Оно равно произведению увеличения объектива микроскопа Mobj на увеличение окуляров Mocul:
Оптическая сила микроскопа характеризуется его увеличением и числовой апертурой его объектива, которая определяет разрешение. Только разрешение определяет размер самой малой детали, которую можно увидеть, а увеличение определяет только ее размер. В микроскопе разрешение определяется, в основном, только объективом.
Ротовые органы медоносной пчелы. Микрофотографии сделаны с помощью традиционного (слева) и цифрового (справа) микроскопов
В отличие от традиционной оптической, в цифровой микроскопии не всё так просто, потому что для определения оптической силы цифрового микроскопа нужно учесть разрешение его объектива, его камеры и монитора, используемого для наблюдения образцов и сравнения реального размера образца с его размером на экране. В связи с большим выбором размеров и разрешения фотоматриц и дисплеев, определить увеличение цифрового микроскопа нелегко. Полезное увеличение зависит не только от разрешения объектива микроскопа и матрицы камеры, но также от расстояния, с которого просматривают изображение, характеристик человеческого глаза (угловое разрешение и контрастная чувствительно в различных условиях), которые отличаются у людей различных возрастов.
Приведенный ниже пример показывает, что в цифровом мире всё намного сложнее.
Максимальное разрешение камеры Canon 5D Mk IV равно 6720 × 4480 или 30.1 мегапикселя. В то же время, для просмотра снятого этой камерой изображения можно использовать монитор с разрешением только 2560 × 1440. Это означает, что изображение можно увеличить на мониторе в 2,6 раза и при этом появится больше деталей. Дальнейшее увеличение не приведет к появлению дополнительных деталей на изображении. Даже если использовать для просмотра 4K-монитор с разрешением 3840 × 2160, все равно изображение можно будет дополнительно увеличить в 1,7 раза и рассмотреть на нем больше подробностей.
В связи со сложностью расчетов с учетом всех описанных особенностей, мы ограничим наш анализ следующими предположениями:
- Пользователь, наблюдающий на экране монитора изображение объекта, находится на оптимальном и комфортном расстоянии до экрана, определенном с учетом особенностей зрения среднего здорового человека.
- Между матрицей и экраном соблюдается соотношение пикселей один к одному. Это означает, что информация с каждого маленького пикселя матрицы передается на один большой пиксель монитора.
- Камера микроскопа установлена на тубусе для камеры или вместо окуляра. Калькулятор не может определить увеличение цифрового микроскопа, если в нем нет окуляров.
- Количество пикселей в изображении соответствует горизонтальному разрешению фотоматрицы (числу пикселей по горизонтали).
- Пиксели монитора и матрицы имеют квадратную форму.
Полное оптическое увеличение Moptical на камере, обеспечиваемое объективом микроскопа и линзой (дополнительным объективом), установленной в адаптере камеры (сюда также включаются любые дополнительные линзы в тубусе микроскопа), определяется как произведение увеличения объектива и линзы адаптера камеры:
Размер пикселя p матрицы камеры или экрана монитора определяется по формуле:
где w — ширина и rhor — горизонтальное разрешение матрицы или монитора.
Чтобы определить цифровое увеличение Mdigital, можно использовать только один размер, например, ширину изображения. Физический размер изображения на экране монитора или на матрице равен количеству пикселей в изображении n, умноженному на размер пикселя p:
Здесь отношения физических размеров пикселя монитора к матрице Rpixel size:
Теперь можно переписать приведенную выше формулу в виде
Напомним, что в этом калькуляторе мы рассматриваем только простое соотношение пикселей камеры и монитора 1:1. Для этого случая приведенную выше формулу можно упростить:
Отметим, что при таком упрощении, если разрешение монитора меньше разрешения камеры микроскопа, на нем будет видна только часть изображения. Например, если используется камера с разрешением 2738 × 1826 пикселей для просмотра изображения на мониторе с разрешением 1920 × 1200 пикселей, на нем будет видно только 1920 × 100% ÷ 2738 = 70% изображения.
Жабры рыбы. Микрофотографии сделаны с помощью традиционного (слева) и цифрового (справа) микроскопов
Ширину экрана монитора можно определить по известным диагонали и соотношению сторон. Соотношение сторон выражается формулой
где wmon — ширина и hmon — высота экрана монитора. Для монитора с квадратными пикселями эти размеры можно заменить на значения горизонтального и вертикального разрешения:
Диагональ монитора dmon связана с его высотой и шириной по теореме Пифагора:
Из этих двух уравнений можно вывести зависимость ширины экрана от диагонали и соотношения сторон:
Полное увеличение цифрового микроскопа Mtotal включает как оптическое, так и цифровое увеличение и определяется как
В качестве примера, определим увеличение цифрового микроскопа с объективом 45×, линзой 0.35× в адаптере камеры с 2-мегапиксельной матрицей типоразмера 1/2.5 видиконового дюйма (5.76 × 4.29 мм) с разрешением 1600 × 1200 пикселей; изображение просматривают на дисплее с диагональю 32 дюйма и разрешением 2560 × 1440 (посмотреть пример на калькуляторе).
Полное оптическое увеличение Moptical на камере:
Соотношение сторон монитора:
Ширина экрана монитора в дюймах wmon:
Размер пикселя камеры в микрометрах (мкм) pcam:
Размер пикселя монитора в микрометрах (мкм) pmon:
Цифровое увеличение Mdigital:
Полное увеличение цифрового микроскопа Mtotal :
Ротовые органы комара. Микрофотографии сделаны с помощью традиционного (слева) и цифрового (справа) микроскопов
Измерение увеличения цифрового микроскопа
При сравнении увеличения цифрового оптического микроскопа без окуляров и традиционного оптического микроскопа удобнее сравнивать их поле зрения, так как различные изготовители микроскопов часто используют различные методы для измерения увеличения своих изделий. Это особенно верно, потому что, в отличие от стандартов для традиционных оптических микроскопов, стандарты для определения увеличения полностью цифровых микроскопов пока еще находятся в стадии разработки.
Например, некоторые изготовители измеряют увеличение своих микроскопов при просмотре изображения на 15-дюймовом мониторе. Другие используют 17-дюймовые мониторы. Поэтому указанное изготовителем увеличение о чем-то говорит только в том случае, если указаны размер экрана и его разрешение. Это связано с тем, что одни и те же образцы будут иметь разный размер на экранах одного размера, но с разным разрешением. Хорошо хоть, что поставляемое с цифровым микроскопом (или камерой для него) программное обеспечение обычно позволяет откалибровать изображение на экране и измерить объекты прямо на экране. В любом случае, особенно если микроскоп используется в образовательных целях, нужно предлагать студентам непосредственно измерить поле зрения и рассчитать увеличение.
Поле зрения (FoV, от англ. Field of View) — диаметр освещенного круга, который видно в окуляре микроскопа. Для цифрового микроскопа поле зрения определяется как ширина окна с изображением на экране монитора. Для оценки увеличения цифрового микроскопа можно измерить его поле зрения и сравнить с полем зрения оптического микроскопа с известным увеличением. Для измерения нужен объект-микрометр (калибровочный слайд) с ценой деления 0,1 или 0,01 мм, который бывает прозрачным для микроскопов проходящего света или металлическим для микроскопов отраженного света.
Для расчета поля зрения поместите объект-микрометр на предметный стол и посчитайте количество делений, помещающееся в поле зрения цифрового микроскопа. Ту же операцию проделайте с оптическим микроскопом. После этого можно сравнить поле зрения обоих микроскопов и определить увеличение цифрового микроскопа.
Нога медоносной пчелы. Микрофотографии сделаны с помощью традиционного (слева) и цифрового (справа) микроскопов
Сравнение традиционного оптического микроскопа с цифровым
Для этого сравнения мы использовали два недорогих микроскопа:
- Цифровой микроскоп Supereyes B011 ($100) с 5-мегапиксельной камерой, объективом L1000 ($85) и координатным предметным столом ($10). Микрофотографии биологических объектов снимали в проходящем свете от простого светодиодного источника света (без конденсора и других оптических элементов, которые имеются в микроскопе с освещением по Кёллеру).
- Традиционный оптический микроскоп с объективом 10×, координатным предметным столом и светодиодным освещением по Кёллеру ($163). Головка с окулярами была снята и взамен была установлена 21-мегапиксельная зеркальная фотокамера с полноформатной матрицей. Для установки вместо головки микроскопа использовался комплект удлинительных колец и конусный переходник. Поле зрения объектива 10× было несколько больше, чем у цифровой микроскопа с объективом L1000 на минимальном увеличении (1,8 мм).
Результаты этого сравнения можно увидеть на четырех микрофотографиях выше. Слева — фотографии, снятые традиционным микроскопом, справа — цифровым. По щелчку на фотографиях можно загрузить снимки большего размера.
Электронная микроскопия
Рассматривая
характеристики светового микроскопа,
можно убедиться, что единственным путем
увеличения разрешения оптической
системы будет использование источника
освещения, испускающего волны с наименьшей
длиной. Таким источником может быть
раскаленная нить, которая в электрическом
поле выбрасывает поток электронов,
последний можно фокусировать, пропуская
через магнитное поле. Это послужило
основой для создания электронного
микроскопа, в котором уже сейчас
достигнуто разрешение в 1 А (0,1 нм). По
принципу конструкции электронный
микроскоп очень сходен с оптическим: в
нем есть источник освещения (катод
электронной пушки), конденсорная система
(конденсорная магнитная линза), объектив
(объективная магнитная линза), окуляр
(проекционные магнитные линзы), только
вместо сетчатки глаза электроны попадают
на люминесцирующий экран или на
фотопластинку (рис.
7).
Основная часть
такого микроскопа представляет собой
полый цилиндр (колонка микроскопа), из
которого откачан воздух для того, чтобы
не было взаимодействия электронов с
молекулами газов и окисления вольфрамовой
нити накаливания в катоде электронной
пушки. Между катодом и анодом подается
высокое напряжение (от 50 до 200-5000 кВ), что
служит причиной ускорения электронов.
В центре анода есть отверстие, проходя
через которое электроны формируют
пучок, идущий вниз по колонке микроскопа.
Линзы электронного микроскопа представляют
собой электромагниты, поле которых
может изменять путь электронов (как
стеклянные линзы изменяют путь фотонов).
В конденсорной линзе пучок электронов
фиксируется и попадает на объект, с
которым электроны взаимодействуют,
отклоняются, рассеиваются, поглощаются
или проходят без изменения. Электроны,
прошедшие через объект, фокусируются
объективной линзой, которая формирует
увеличенное первичное изображение
объекта. Так же как в световом микроскопе,
объективная линза определяет его
основные показатели. Первичное изображение
увеличивается проекционной линзой и
проецируется на экран, покрытый
люминесцентным слоем, светящимся при
попадании на него электронов. Вместо
светящегося экрана изображение можно
поместить на фотопластинку и получить
снимок.
Напряжение,
которое используется для ускорения
электронов в большинстве просвечивающих
(трансмиссионных) электронных микроскопов,
достигает 50-150 кВ. При напряжении в 50 кВ
электрон обладает длиной волны в 0,05 А,
и в этом случае теоретически можно было
бы получить разрешение в 0,025 А (d
~ 0,5 ).
Однако в современных конструкциях
электронных микроскопов достигается
разрешение около 1 А из-за недостаточной
стабильности напряжения, стабильности
тока линз, неоднородности металла
магнитных линз и других несовершенств
прибора (теоретически возможно еще
повысить разрешение электронного
микроскопа в 100 раз). Но и достигнутое
разрешение огромно (вспомним, что
величина О-Н
связи
в молекуле воды равна 0,99 А): оно сейчас
уже в 106
раз выше разрешающей способности глаза!
На
экранах и фотопластинках электронных
микроскопов можно получить увеличение
до 50 000 раз, в дальнейшем при фотопечати
можно получить еще 10-кратное увеличение,
так что конечное увеличение, при котором
максимально реализуется разрешение,
может достигать 106
раз (например, если 1 мм увеличить в 106
раз, то он достигнет длины в 1 км).
В
настоящее время электронно-микроскопическое
изображение с флуоресцирующего экрана
с помощью цифровой телекамеры передается
прямо в компьютер, где на экране монитора
его можно обрабатывать различным образом
(изменять увеличение,
контрастность изображения, применять
денситометрию, плани- и морфометрию
отдельных компонентов). Используя
принтер можно получить отпечатки
полученных изображений.
Максимальное
разрешение электронного микроскопа
(ЭМ) реализуется сейчас только при
исследовании металлов или кристаллических
решеток. На биологических объектах
такого разрешения получить пока не
удается из-за низкой контрастности
объекта. Биологические объекты для
исследования в ЭМ помещаются на медные
сеточки, покрытые тонкими пленками –
подложками (формвар, коллодий, углерод),
состоящими в основном из углерода.
Биологические объекты также в основном
содержат углерод и, следовательно, мало
по плотности будут отличаться от фона,
будут мало контрастны. Показано, что
минимальная толщина биологического
объекта с плотностью около 1 г/см3,
выявляемого при ускоряющем напряжении
в электронном микроскопе 50 кВ, равна 50
А. Вирусы, расположенные на поддерживающей
пленке, будут видны в этом случае в виде
бесструктурных пятен, а молекулы
нуклеиновых кислот (толщина ДНК равна
20 А ) вообще не видны из-за низкого
контраста. Контраст биологических
объектов можно повысить, используя
тяжелые металлы или их соли.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Как рассчитать увеличение на мониторе компьютера?
Микроскоп, или оптический прибор, помогающий рассмотреть невооруженным взглядом невидимые объекты – стал не просто средством для различных исследований, а во многих случаях необходимостью и настоящим помощником, выполняющим самые разнообразные операции. Микроскопы в современном исполнении способны передать и сохранить увеличенное изображение в цифровом виде с последующим изучением на мониторе компьютера. Все, что для этого нужно – это сам микроскоп, цифровая камера и связующий их адаптер для передачи изображения без искажений.
Остановив свой выбор на подходящем микроскопе, пользователь часто задается вопросом: каково будет итоговое увеличение на мониторе компьютера, и как его рассчитать?
Известно, что итоговое увеличение микроскопа высчитывается, как произведение увеличения объектива и увеличения окуляра. Например, при использовании объектива 4х и окуляра 10х, изображение объекта исследования будет в 40 раз больше оригинала.
Но, при просмотре изображений на мониторе компьютера, окуляр не используется, а в оптический путь вводится дополнительная линза – адаптер. Кроме того, изображение не сразу попадает на сетчатку нашего глаза, а предварительно воспринимается матрицей цифровой камеры, а затем проецируется на монитор компьютера. Поэтому в простую формулу для определения итогового увеличения нужно ввести несколько дополнительных величин.
Итак, первая из них – увеличение адаптера. Поскольку чаще всего сенсор камеры несколько меньше, чем изображение, поступающее на него с микроскопа, то применяют уменьшающий адаптер (с увеличением меньше единицы). Например, при использовании камеры с форматом сенсора 1/2″ используют адаптер 0.5х.
Теперь остается учесть в формуле размеры сенсора камеры и монитора компьютера. Для этого в формулу вводят так называемый индекс увеличения, который совсем несложно рассчитать. Для этого разделим диагональ применяемого монитора на диагональ матрицы камеры. Для примера возьмем монитор с диагональю 19″ и камеру с сенсором формата 1/2″. Переведем диагональ монитора из дюймов в миллиметры (1 дюйм = 25.4 мм), получим:
19 х 25.4 = 482.6 мм.
Остается узнать, чему равна диагональ нашего сенсора.
Вот размеры диагоналей наиболее часто встречающихся размеров сенсоров цифровых камер:
-
камера 1/3″: диагональ сенсора 6 мм;
-
камера 1/2.5″: диагональ сенсора 7 мм;
-
камера 1/2″: диагональ сенсора 8 мм;
-
камера 2/3″: диагональ сенсора 11 мм;
-
камера 1″: диагональ сенсора 16 мм.
Наша камера имеет диагональ 8 мм. Значит, индекс увеличения равен:
482.6/8 = 60.325.
Объединив все наши значения (объектив 4х, монитор 19″, адаптер 0.5х и камеру 1/2″) мы получим итоговое увеличение на мониторе компьютера:
4 х 0.5 х 60.325 = 120.65 крат.
Обычно биологический микроскоп комплектуется объективами 4х, 10х, 40х, 100х. Попеременно подставляя в нашу формулу каждый из них, мы получим на мониторе нашего компьютера увеличенные объекты примерно в 120, 300, 1200 и 3000 раз!
Частным случаем этой формулы является расчет увеличения изображения, получаемого со стереоскопического микроскопа, обладающего плавным увеличением, или зумом.
В нашу формулу нужно ввести еще один множитель – увеличение трансфокатора.
Разберем пример, в котором все, кроме микроскопа остается прежним: монитор 19″, адаптер 0.5х и камера с сенсором 1/2″. Возьмем наиболее популярный стереомикроскоп в линейке Альтами – Альтами СМ0745-Т.
Без использования дополнительных расширяющих диапазон увеличения линз, (0.37х, 0.5х, 0.7х, 1.5х, 2х) увеличение объектива равно единице. Минимальное значение трансфокатора этой модели – 0.7х. Все остальные множители остались без изменений. Перемножаем:
1 х 0.7 х 0.5 х 60.325 = 21.11х.
Если установить трансфокатор в максимальное положение (4.5), то получается:
1 х 4.5 х 0.5 х 60.325 = 135.73х.
Если же Вы используете дополнительные линзы, то подставьте в эту формулу их увеличение вместо объектива 1х.
