Definice a vzorce
Výpočet zorného pole mikroskopu
Zorné pole mikroskopu je maximální průměr plochy viditelné při pohledu okulárem (to bude zorné pole okuláru) nebo pomocí kamery (to bude zorné pole kamery). Zorné pole mikroskopu je omezeno objektivem, průměrem vnitřní mechanické optické dráhy (tubusu), použitými okuláry a velikostí snímače fotoaparátu. Pokud se k pořizování snímků a videí používá full-frame digitální zrcadlovka, je velikost jejího snímače obvykle větší než ostatní omezující faktory.
Každý okulár mikroskopu je charakterizován minimálně dvěma čísly: zvětšením (nejčastěji 10×) a číslem zorného pole. Číslo zorného pole okuláru (zkráceně FN a někdy FOV) je průměr zorného pole v milimetrech měřený v mezilehlé rovině skutečného obrazu. Zorné pole je vymezeno pevným (protože jej nelze měnit) kruhovým otvorem (clonou) okuláru, který může být v závislosti na jeho konstrukci buď mezi čočkami okuláru, nebo pod nimi. Ve většině případů určuje průměr otvoru clony okuláru (tzv. číslo pole FN) průměr zorného pole.
Průměr zorného pole mikroskopu v rovině, kde je umístěn vzorek, je určen následujícím vzorcem:
kde
DFV je průměr zorného pole v rovině, kam je umístěn vzorek,
FN je číslo zorného pole v milimetrech (týká se průměru pevné clony uvnitř okuláru v milimetrech; je obvykle vyznačeno na okuláru a někdy se nazývá číslo zorného pole),
MO je zvětšení objektivu (vyznačené na objektivu) a
MT je faktor zvětšení tubusového objektivu (pokud existuje; tubusový objektiv je umístěn v optické dráze mikroskopu mezi objektivem a okulárem a vytváří mezilehlý reálný obraz).
Z tohoto vzorce můžeme určit číslo pole:
Například pro objektiv 10×, faktor zvětšení tubusu 1× a FN = 15 máme
Jak je vidět z výše uvedeného vzorce, zvětšení okuláru nemá na zorné pole žádný vliv. Například okuláry 10×/18 a 12×/18 mají stejný průměr zorného pole okuláru FN = 18 mm.
Upozorňujeme, že tento výpočet je pouze odhad. Chcete-li získat skutečné zorné pole vašeho konkrétního mikroskopu s konkrétním objektivem a okulárovými objektivy, je třeba mikroskop kalibrovat pomocí kalibračního sklíčka. Tuto kalibraci je třeba provést pro každou kombinaci okuláru a objektivu.
Pokud je okulár nahrazen fotoaparátem, zejména pokud je fotoaparát instalován místo binokulární hlavy, pak bude zorné pole určeno velikostí obrazového snímače fotoaparátu (u fotoaparátů s relativně malými snímači) a/nebo objektivu mikroskopu. Při použití kamery s malým snímačem se běžně používá redukční objektiv, který je nainstalován na kameře. Fotoaparát s velkým snímačem naproti tomu uvidí celé pole určené pouze objektivem mikroskopu.
Jak bylo uvedeno výše, průměr pole obvykle závisí na zvětšení objektivu mikroskopu a na polní cloně okuláru. Konstrukce objektivu však také omezuje zorné pole. U prvních mikroskopů objektivy zajišťovaly maximální průměr zorného pole měřený v mezilehlé rovině skutečného obrazu menší než 18 mm. Moderní objektivy, nejen drahé planární apochromáty, ale dokonce i běžně používané planární achromáty poskytují maximální použitelný průměr měřený v mezilehlé rovině, který může přesáhnout 28 mm. Například bezejmenné plánové achromaty vyobrazené níže poskytují maximální průměr zorného pole v mezilehlé obrazové rovině 19,2-39.0 mm v závislosti na zvětšení objektivu:
Zvětšení objektivu | Apertura | Zorné pole mikroskopu | Průměr mezilehlé obrazové roviny (na obrazovém snímači kamery) |
---|---|---|---|
100× | 1.25 | 0,39 mm | 39,00 mm |
40× | 0,65 | 0.98 mm | 39,20 mm |
10× | 0,25 | 3,60 mm | 36.00 mm |
4× | 0,10 | 4,80 mm | 19,20 mm |
Zorné pole při pohledu přes okuláry je zároveň omezeno zorným polem okuláru. Následující tabulka uvádí zorné pole pro okulár 10 × 20 mm s plánovými achromatickými objektivy:
Zvětšení objektivu | Apertura | Zorné pole mikroskopu |
---|---|---|
100× | 1.25 | 0,18 mm |
40× | 0,65 | 0.46 mm |
10× | 0,25 | 1,90 mm |
4× | 0,10 | 4.50 mm |
Poznamenejme, že k pořízení snímků vajíček ascaris lumbricoides a kuřecích krvinek zobrazených níže jsme použili stejné objektivy no-name vyobrazené níže a full-frame fotoaparát Canon 5D Mk II DSLR.
Výpočet zorného pole mikroskopu pro větší nebo menší zvětšení objektivu
Někdy je zorné pole mikroskopu známo pro konkrétní kombinaci okuláru a objektivu a my potřebujeme určit zorné pole pro objektiv s větším nebo menším zvětšením. Následující vzorec slouží k výpočtu zorného pole mikroskopu pro větší zvětšení, pokud je známo zorné pole pro menší zvětšení.
kde
DHP je průměr zorného pole mikroskopu pro objektiv vyššího výkonu,
DLP je průměr zorného pole mikroskopu pro objektiv nižšího výkonu,
MHP je zvětšení objektivu vyššího výkonu a
MLP je zvětšení objektivu nižšího výkonu.
Například pro mikroskop s okulárem 10× a objektivem 45× je zvětšení 10 × 45 = 450 a zorné pole 0,33 mm. Jaké bude zorné pole, pokud změníme objektiv na 100×? K výpočtu použijeme výše uvedený vzorec.
Při řešení tohoto podílu pro DHP budeme mít
Výpočet skutečné velikosti vzorku
Pro odhad skutečné velikosti vzorku jej umístěte na stolek, vyberte objektiv s nejvhodnějším zvětšením a odhadněte počet objektů N, které se vejdou přes kruh zorného pole DFV. Skutečná velikost Lsp se určí podle následujícího vzorce:
Například přes průměr zorného pole se může vejít přibližně 2,5 mikroorganismu, což se rovná 0,33 mm. Pak je odhadovaná velikost mikroorganismu
Jak NEkupovat mikroskop (na příkladu biologického mikroskopu Miko India)
Níže najdete velmi neobvyklý popis mikroskopu, který se používá pro tvorbu ilustrací pro tuto a další kalkulačky. Je však těžké odolat pokušení vyprávět o tom, jak jsem si koupil nový mikroskop od společnosti Miko India, málo známého výrobce mikroskopů, který se na velmi konkurenčním trhu mikroskopů prezentuje jako „jeden z předních výrobců a vývozců vědeckých/laboratorních přístrojů“ Chtěl jsem to zkusit, protože někdy začínající firmy mohou vyrábět velmi dobré výrobky. Kromě toho působivé výsledky pro Indickou organizaci pro výzkum vesmíru ukazují, že umí vyrábět opravdu dobré optické přístroje. Tady je to, co jsem dostal.
Mikroskop jsem si chtěl koupit už dlouho, protože často potřebuji fotografovat malé věci, jako jsou mikročipy pro tyto jednotkové převodníky a kalkulačky. Tentokrát jsem se rozhodl zabít dvě mouchy jednou ranou – pořídit si mikroskop a pomocí nového mikroskopu vyrobit několik mikroskopických kalkulaček pro experimenty a ilustrace. Nejsem odborník na optiku, a když je třeba studovat něco nového, vždy se snažím naučit teorii pomocí experimentů a praktických činností.
Takže tady máme zbrusu nový binokulární mikroskop zakoupený na eBay za 163 amerických dolarů od společnosti Miko India, „jednoho z předních výrobců a vývozců vědeckých/laboratorních přístrojů, mikroskopů atd.“. Pamětliv toho, že obrázek vydá za tisíc slov, uvedu několik obrázků ukazujících, co je uvnitř tohoto „přesného optického přístroje“, který zvenčí vypadá pěkně.
Měl bych poznamenat, že tento mikroskop má kupodivu kvalitní stojan, mechanický stolek a otočný nosník. Všechny mechanické části fungují bez problémů. Vše ostatní je však velmi nekvalitní a pokryté špínou a oprýskanou barvou. Všimněte si, že společnost Miko India staví tento mikroskop do pozice přesného biologického přístroje, nikoliv hračky nebo studentského mikroskopu.
- Nyní se podívejme, co je uvnitř elektrické skříňky. Všechny kovové díly vyrobil amatér ve své garáži a rozhodně ne v optické továrně „jednoho z předních výrobců a vývozců vědeckých/laboratorních přístrojů“.
- Prach a nečistoty zobrazené na tomto obrázku byly v mikroskopu všude. Před testováním jsem ho musel vyčistit.
Po asi jednodenní opravě a výměně objektivů a okulárů s kvalitní optikou mám nyní dobrý mikroskop.
Cena mikroskopu podle mého názoru rozhodně není ukazatelem kvality. Když platíte za značkový mikroskop, platíte z 90 % nebo i více za jeho jméno (stejně tak můžete platit za vzduch) a 10 % za samotnou věc. Pokud rozumíte a dokážete se snadno naučit, jak věci fungují, můžete si koupit no-name věci. Pokud však neradi zapínáte mozek, je lepší zaplatit za značkový. Jsem si jistý, že za zhruba 200 dolarů, ale i 150 dolarů se dá koupit slušný kvalitní binokulární biologický mikroskop vyrobený v Číně. Ostatně v Číně se dnes vyrábí skoro všechno! Někdy se však dá sehnat věc, kterou jsem zde popsal.
Přesto jsem po vynaložení nějakého času a peněz použil tento mikroskop k přípravě ilustrací pro všechny mikroskopické kalkulačky, které najdete na těchto stránkách, včetně této kalkulačky. Tento mikroskop budu používat ještě dlouho.
Tento článek napsal Anatolij Zolotkov
.