Hệ quang học Greenough và Cycloptic®

Các kính hiển vi hai mắt thế hệ cũ được trang bị một hệ thống thấu kính đơn giản với thiết kế gần giống với các kính hiển vi phức hợp truyền thống. Chúng được biết đến sau đó như những kính hiển vi giải phẫu, được sử dụng chủ yếu trong sinh học cho mục đích bóc tách các lớp biểu mô; và không có bất kỳ ứng dụng kỹ thuật nào tại thời điểm đó. Khoảng năm 1890, nhà sinh vật học và nhà động vật học Horatio S. Greenough người Mỹ đã giới thiệu một nguyên lý thiết kế mới cho hệ thống quang học sử dụng với kính hiển vi hai mắt và vẫn được sử dụng đến tận ngày hôm nay bởi hầu hết các hãng sản xuất. Các kính hiển vi sử dụng thiết kế Greenough (mang tên ông) có 2 hệ thống quang học tách rời cho mắt trái và mắt phải giúp tạo ra hình ảnh lập thể 3D đích thực với chất lượng rất cao.

Năm 1957, một công ty quang học ở Mỹ giới thiệu mẫu thiết kế kính hiển vi soi nổihiện đại mới với hệ thống quang học mang tên Cycloptic® sử dụng chung một vật kính cho cả hai đường truyền quang học (hệ thống Greenough cũ sử dụng 2 vật kính). Thân kính với hộp đựng bằng nhôm của nó chứa hai đường truyền quang học song song nhưng sử sụng chung một vật kính, đồng thời có thêm một bộ điều chỉnh thay đổi hệ số phóng đại 5 cấp. Dòng kính hiển vi soi nổi này, sử dụng nguyên lý của kính thiên văn và hệ thống CMO (Common Main Objective – Chung vật kính), đã được phát hành rộng rãi cùng với các loại sử dụng hệ thống quan học Greenough trước đây, bởi tất cả các hãng sản xuất kính hiển vi và được sử dụng cho các mô-đun, hoặc thiết bị hiệu năng cao. Hai năm sau, một công ty khác ở mỹ Mỹ - Bausch & Lomb, cho ra mắt thiết kế StereoZoom®Greenough với phát minh mang tính đột phá: Hệ thống điều chỉnh độ phóng đại vô cấp (loại Cycloptic chỉ có 5 cấp).

Tổng kết lại: trong lịch sử phát phát triển hệ thống quang học của kính hiển vi soi nổi ta có 3 loại chính như sau:

Greenough: Loại thông thường với 2 hệ thống quan học tách biệt hoàn toàn (với 2 vật kính) cho phép dẫn 2 chùm sáng từ mẫu vật đến mắt theo 2 hướng lệch nhau một chút tạo ra hiệu ứng ảnh nổi 3D – Nhưng không thay đổi được độ phóng đại. Nếu các bạn để ý thì các kính loại này ống kính 2 mắt sẽ hợp với nhau một góc chữ V thay vì song song như các kính hiển vi 2 mắt thông thường.

Cycloptic®:2 hệ thống quang học tách biệt song song nhưng sử dụng chung một vật kính – Bộ điều chỉnh hệ số phóng đại 5 cấp.

StereoZoom®Greenough:Bộ điều chỉnh hệ số phóng đại vô cấp (thay đổi độ phóng đại một cách liên tục, không bị giới hạn và giật cấp như Cycloptic)

Còn tính đến thời điểm hiện tại thì hầu như tất cả các thiết kế hiện nay đều sử dụng hệ thống zoom để điều chỉnh độ phóng đại.

Hình. 1 (trái): Kính hiển vi soi nổi hiện đại Cycloptic® đầu tiên sử dụng nguyên lý của kính thiên văn.

Các tiêu chí khi chọn mua kính hiển vi soi nổi

Tất cả các kính hiển vi soi nổingày nay vẫn dựa trên các hệ thống nguyên lý quang học nêu trên. Vậy những yếu tố khác cần quan tâm là gì? Có 4 vấn đề sau bạn cần chú ý:

a)  Ứng dụng của bạn là gì?

c)  Có bao nhiêu người cùng sử dụng với bạn?

Khi đã trả lời được các câu hỏi đó sẽ giúp bạn xác định được các thông số dưới đây cho cấu hình của bạn.

1. Độ phóng đại, dải điều chỉnh zoom và độ rộng trường quan sát

3. Chất lượng quang học và khoảng cách làm việc

5. Hệ chiếu sáng

Với trường hợp tổng quát, ta có công thức tính độ phóng đại tổng cộng:

M_{TOT VIS}Là độ phóng đại tổng cộng. VIS viết tắt của "visual" với trường hợp quan sát bằng mắt thường (nếu quan sát bằng camera và màn hình thì công thức trên sẽ phải thêm vào các thừa sổ bổ chính khác).

z là hệ số phóng đại đã lựa chọn trên ống kính zoom (bộ điều chỉnh độ phóng đại).

M_Elà độ phóng đại của thị kính.

M_Olà độ phóng đại của vật kính (1x trong trường hợp không sử dụng thêm thấu kính phụ với hệ quang học Greenough System)

Độ rộng trường quan sát

Khi nhìn vào thị kính, sau khi điều chỉnh khoảng cách thích hợp từ mắt đến thị kính và khoảng cách giữa 2 ống kính được thiết lập một cách chính xác, một khu vực hình tròn hiện ra được gọi là trường quan sát (là phạm vi quan sát được trên bề mặt mẫu của kính hiển vi). Đường kính của trường quan sát sẽ thay đổi tùy thuộc vào độ phóng đại. Nói cách khác, tồn tại một mối quan hệ toán học giữa các độ phóng đại và đường kính trường quan sát. Ví dụ: với thị kính 10x hệ số trường 23 - Điều đó có nghĩa khi sử dụng với ống kính zoom và vật kính 1x độ rộng trường quan sát sẽ là 23 mm. Khi điều chỉnh độ phóng đại của ống kính zoom lên 3x độ rộng trường quan sát sẽ giảm một phần ba, đường kính chỉ trường quan sát khi đó chỉ còn 7,66 mm.

n:Chiết suất của môi trường.

NA:Khẩu độ số của vật kính

Fig. 3: Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của độ sâu trường quan sát như một hàm của khẩu độ số NA với bươc sóng λ = 0.55 mm và chiết suất n = 1

Đặc biệt ở độ phóng đại thấp, độ sâu của trường tăng lên rõ rệt khi giảm khẩu độ số. Điều này có thể thực hiện một cách dễ dàng bằng cách giảm độ mở của ống kính sử dụng một màng chắn khẩu độ dạng con ngươi. Tuy nhiên, việc giảm khẩu độ số sẽ dẫn đến giảm độ phân giải.

Do đó, vấn đề đặt ra là cần phải điều chỉnh sao cho tối ưu để cân bằng bằng giữa độ phân giải và độ sâu trường ảnh tùy thuộc vào từng đối tượng cụ thể. Trong trường hợp của kính hiển vi soi nổi độ sâu trường quan sát sẽ được lựa chọn ưu tiên, để đáp ứng được yêu cầu quan sát ảnh lập thể 3D.

Fig. 4: Tiêu diện vật của kính hiển vi soi nổi sử dụng hệ quang học Greenough với độ sâu trường quan sát

Chất lượng quang học

Chất lượng quang học của một hệ thống kính hiển vi soi nổi phụ thuộc vào việc hiệu chỉnh sắc sai, cầu sai và hiện tượng cong trường quan sát.

Về mức độ hiệu chỉnh sắc sai và cầu sai hệ thống quang học được chia làm hai loại: loại Achro hoặc Achromat (tiêu sắc), và loại Apo (tiêu sắc apochromatic) tùy thuộc vào mức độ hiệu chỉnh sắc sai và cầu sai của các thấu kính.

Về hiệu ứng cong trường: Ta có hệ thống quang học thông thường và Hệ thống quang học có hiệu chỉnh cong trường quan sát được ký hiệu là Plan.

Một hệ thống kết hợp hiệu chỉnh đồng thời sắc sai, cầu sai và cong trường được ký hiệu là PlanApo.

Ví dụ: Hãng sản xuất kính hiển vi hàng đầu thế giới Leica cung cấp 3 thống quang học dưới đây cho kính hiển vi soi nổi.

Achro, Achromat

Hệ thống tiêu sắc (được hiệu chỉnh sắc sai và cầu sai)

Plan

Hệ thống trường phẳng (được hiệu chỉnh hiện tượng cong trường quan sát)

PlanApo

Hệ thống phẳng tiêu sắc

Fig. 6: Ergo tube – Relaxed body and head, arms comfortably supported, adequate space for the legs, good use of the chair.

Hệ chiếu sáng

Trong kính hiển vi soi nổi, hệ thống chiếu sáng là yếu tố chìa khóa đem tất cả công việc phơi bày ra ánh sáng. Sự chiếu sáng đúng sẽ làm nổi bật các cấu trúc cần quan sát hoặc làm bộc lộ thêm các thông tin khác về mẫu, chỉ bằng cách thay đổi các phương pháp chiếu sáng khác nhau. Điều quan trọng là sự chiếu sáng phải phù hợp với kính hiển vi sử dụng và ứng dụng cụ thể.

Fig. 7: Hệ thống chiếu sáng của kính hiển vi soi nổi hiện đại thường sử dụng đèn LED tuổi thọ cao

Kết luận

Việc tìm hiểu kỹ các yêu cầu về ứng dụng cho kính hiển vi soi nổi là yếu tố then chốt mang lại cho sự hài lòng cho người dụng lâu dài. Vì nó là một trong những công cụ then chốt của phòng thí nghiệm hoặc bộ phận sản xuất, các nhà hoạch định cần phải đảm bảo rằng họ có thể điều chỉnh công cụ của mình để đáp ứng 100% yêu cầu của người dùng. Điều này đòi hỏi các nhà cung cấp giải pháp hiển vi cần tư vấn và đáp ứng được mọi yêu cầu đặt ra của người sử dụng.

Nguồn: redstarvietnam

Đề được tư vấn kỹ hơn quý khách hàng hãy liên hệ với chúng tôi:

CÔNG TY TNHH TÍN ĐỨC

Nhà nhập khẩu & phân phối hàng đầu sản phẩm chính hãng tại Việt nam

Địa chỉ: số 2 ngõ 36 Nguyên Hồng, quận Đống Đa, thành phố Hà Nội
Điện thoại: (84-024) 37735884 - Fax: (84-024) 37735891
Website: www.tinduc.vn- Email: tdcmail@hn.vnn.vn