กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอ
 กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอแบบซูมสำหรับใช้งานบนโต๊ะทั่วไป (Olympus SZ III) แสดงภาพโดยไม่มีแหล่งกำเนิดแสง | |
| |
| ชื่ออื่นๆ |
|
|---|---|
| การจำแนกประเภท | กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง |
| การใช้งาน | |
กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอ , กล้องจุลทรรศน์ สเตอริโอสโคปิก , กล้องจุลทรรศน์ ผ่าตัดหรือกล้องจุลทรรศน์ผ่าตัดเป็นกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคอลชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อการสังเกตตัวอย่างด้วยกำลังขยายต่ำ โดยทั่วไปจะใช้แสงสะท้อนจากพื้นผิวของวัตถุแทนที่จะส่งผ่านเข้าไป เครื่องมือนี้ใช้เส้นทางแสงสองเส้นทางแยกกัน โดยมีเลนส์วัตถุและเลนส์ใกล้ตา 2 ชุด เพื่อให้ได้มุมมองที่แตกต่างกันเล็กน้อยสำหรับตาซ้ายและตาขวา การจัดเรียงนี้ทำให้เกิดภาพสามมิติสำหรับการตรวจสอบรายละเอียดของตัวอย่างของแข็งที่มีลักษณะพื้นผิวที่ซับซ้อน[ 1 ] ช่วงกำลังขยายและการใช้งานทั่วไปของกล้องจุลทรรศน์สเตอริโอจะทับซ้อนกับการถ่ายภาพมาโคร
กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอ มักใช้ในการศึกษาพื้นผิวของตัวอย่างของแข็ง หรือในการทำงานที่ต้องการความละเอียดสูง เช่นการผ่าตัด การผ่าตัดขนาดเล็ก การ ผลิตนาฬิกา การผลิตหรือ ตรวจสอบ แผงวงจรและการตรวจสอบ พื้นผิว รอยแตก เช่น ในด้านการวิเคราะห์รอยแตกและ การตรวจสอบ ทางนิติวิทยาศาสตร์ดังนั้นจึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตเพื่อการผลิตการตรวจสอบและการควบคุมคุณภาพกล้องจุลทรรศน์สเตอริโอเป็นเครื่องมือที่จำเป็นในด้านกีฏวิทยา
ประวัติศาสตร์
แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์แบบสองตาที่มีเส้นทางแสงแยกกันสองเส้นทางจะได้รับการออกแบบและสร้างขึ้นในปี 1671 โดยChérubin d'Orléans [ 1 ] [ 2 ] : 87แต่กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอแบบใช้งานได้จริงเครื่องแรกได้รับการออกแบบในปี 1892 โดยนักสัตววิทยาชาวอเมริกันHoratio Saltonstall Greenoughและวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ในปี 1896 โดยZeiss AGในเมืองเยนา ประเทศเยอรมนี[ 3 ] [ 4 ] : 90สิ่งประดิษฐ์ของ Greenough สร้างขึ้นบนพื้นฐานของการจัดเรียงปริซึมที่ออกแบบโดยIgnazio Porroเพื่อแสดงภาพนูนและพื้นผิวได้อย่างเหมาะสม[ 2 ] : 87
กรีนอฟเติบโตในครอบครัวชนชั้นสูงของบอสตัน รัฐแมสซาชูเซตส์ในฐานะบุตรชายของประติมากรชื่อดังโฮราทิโอ กรีนอฟซีเนียร์ แต่เนื่องจากไม่ต้องแบกรับภาระในการหาเลี้ยงชีพ เขาจึงเลือกประกอบอาชีพด้านวิทยาศาสตร์และย้ายไปอยู่ที่ฝรั่งเศส ที่หอดูดาวทางทะเลแห่งคอนคาร์โนบนชายฝั่งเบรอตง ซึ่งนำโดยอดีตผู้อำนวยการพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งชาติจอร์จส์ ปูเชต์เขาได้รับอิทธิพลจากแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ใหม่ๆ ในยุคนั้น นั่นคือการทดลอง ในขณะที่การผ่าตัดตัวอย่างที่ตายแล้วและเตรียมไว้เป็นสิ่งที่นักสัตววิทยา นักกายวิภาคศาสตร์ และนักสัณฐานวิทยาให้ความสนใจเป็นหลัก ในช่วงที่กรีนอฟอยู่ที่คอนคาร์โน ความสนใจในการทดลองกับสิ่งมีชีวิตและสิ่งมีชีวิตที่กำลังเจริญเติบโตได้กลับมาอีกครั้ง ด้วยวิธีนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาการพัฒนาของตัวอ่อนได้ในขณะที่กำลังเจริญเติบโต แทนที่จะเป็นเพียงตัวอย่างสองมิติที่แข็งตัว เพื่อให้ได้ภาพที่แสดงถึงมิติสามมิติและขนาดสัมพัทธ์ของตัวอ่อนสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในทะเลที่กำลังเจริญเติบโต จึงจำเป็นต้องมีกล้องจุลทรรศน์แบบใหม่ แม้ว่าจะเคยมีความพยายามสร้างกล้องจุลทรรศน์แบบสเตอริโอมาก่อนแล้ว เช่น โดยเชรูบิน ดอร์เลอ็องและปีเตอร์ ฮาร์ติงแต่ก็ไม่มีกล้องจุลทรรศน์ใดที่มีความซับซ้อนทางด้านเลนส์มากเท่านี้ ยิ่งไปกว่านั้น จนกระทั่งถึงช่วงทศวรรษ 1880 ก็ยังไม่มีนักวิทยาศาสตร์คนใดต้องการกล้องจุลทรรศน์ที่มีความละเอียดต่ำเช่นนั้น
กรีนอฟได้ลงมือปฏิบัติและได้รับอิทธิพลจากความพยายามของ ล อรองต์ ชาบรี เพื่อนร่วมงานของเขาที่คอนคาร์โน ในการสร้างกลไกที่ซับซ้อนเพื่อหมุนและจัดการตัวอ่อนที่มีชีวิต เขาจึงคิดค้นเครื่องมือของตัวเองขึ้นมา โดยอาศัยการค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ เกี่ยวกับการมองเห็น สองตาที่เป็นสาเหตุของการรับรู้ความลึกโดยชาร์ลส์ วีทสโตนกรีนอฟจึงออกแบบเครื่องมือของเขาโดยคำนึงถึงปรากฏการณ์การมองเห็นสามมิติ[ 3 ]
การออกแบบเชิงแสง
การออกแบบของ Greenough ใช้เลนส์วัตถุอิสระสองตัวที่โฟกัสไปที่วัตถุชิ้นเดียว[ 2 ] : 89 [ 5 ] : 38 [ 6 ] : 19กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้การออกแบบแบบสองตาที่มีเลนส์วัตถุหลักร่วมกันเพียงตัวเดียว[ 6 ] : 18, 20เส้นทางแสงขนานกันสำหรับแต่ละตาภายในตัวกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนกำลังขยายได้ทีละขั้นหรือต่อเนื่อง[ 7 ] : 5–6
กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอไม่ควรสับสนกับกล้องจุลทรรศน์แบบผสมที่มีเลนส์ตาคู่และไบโนวิวเวอร์ในกล้องจุลทรรศน์ดังกล่าว ซึ่งได้รับความนิยมครั้งแรกจากการออกแบบที่เชื่อกันว่าเป็นผลงานของฟรานซิส เฮอร์เบิร์ต เวนแฮมประมาณปี 1860 [ 8 ] : 197ภาพที่ขยายจะถูกแยกออกหลังจากเลนส์วัตถุโดยใช้ปริซึม และดวงตาทั้งสองข้างจะเห็นภาพเดียวกัน[ 1 ] [ 2 ] : 94ไบโนวิวเวอร์ได้รับการปรับปรุงโดยใช้ปริซึมหลังคาโดยเจนท์สช์และซีเดนท็อปฟ์ในช่วงทศวรรษ 1910 [ 5 ] : 47สำหรับการออกแบบเหล่านี้ เลนส์ตาคู่ทำหน้าที่ให้ความสะดวกสบายในการมองเห็นมากขึ้น[ 8 ] : 196 [ 4 ] : 87อย่างไรก็ตาม ภาพในกล้องจุลทรรศน์เหล่านั้นไม่แตกต่างจากภาพที่ได้จากเลนส์ตาเดี่ยว[ 2 ] : 98
ระยะห่างในการทำงาน
ระยะการทำงานและระยะชัดลึกที่ดีถือเป็นคุณสมบัติสำคัญสำหรับกล้องจุลทรรศน์ประเภทนี้[ 7 ] : 1คุณสมบัติทั้งสองมีความสัมพันธ์ผกผันกับความละเอียด ยิ่งความละเอียดสูง ( กล่าวคือยิ่งระยะห่างที่สามารถแยกแยะจุดสองจุดที่อยู่ติดกันได้อย่างชัดเจน) ระยะชัดลึกและระยะการทำงานก็จะยิ่งน้อยลง
ระยะการทำงานที่กว้างในระดับกำลังขยายต่ำมีประโยชน์ในการตรวจสอบวัตถุแข็งขนาดใหญ่ เช่น พื้นผิวรอยแตก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ แสง ไฟเบอร์ออปติกตามที่กล่าวไว้ด้านล่าง ตัวอย่างดังกล่าวสามารถจัดการได้ง่ายเพื่อกำหนดจุดที่สนใจ ระยะการทำงานที่เหมาะสมอยู่ระหว่างประมาณ150 ถึง 400 มม . (5.9 ถึง 15.7 นิ้ว) [ 7 ] : 3
กำลังขยาย
กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอบางชนิดสามารถให้กำลังขยายที่มีประโยชน์ได้ถึง 100 เท่า ซึ่งเทียบเท่ากับการรวมกันของเลนส์วัตถุ 10 เท่าและเลนส์ใกล้ตา 10 เท่าในกล้องจุลทรรศน์แบบผสมทั่วไป อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงประมาณหนึ่งในสิบของความละเอียดสูงสุดที่มีประโยชน์ของกล้องจุลทรรศน์แบบผสม ซึ่งมีช่วงตั้งแต่ 500–1000 เท่า[ 5 ] : 35ขีดจำกัดสูงสุดในทางปฏิบัติของกำลังขยายทั้งหมดสำหรับกล้องจุลทรรศน์สเตอริโออยู่ที่ประมาณ 60 เท่า[ 7 ] : 3ในการออกแบบของ Greenough ขีดจำกัดสูงสุดเกิดจากความจำเป็นในการรักษาระยะห่างทางกายภาพระหว่างเลนส์วัตถุทั้งสอง[ 2 ] : 10
Zeiss; กำลังขยายคงที่ซึ่งสามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนเลนส์วัตถุใหม่
กล้องจุลทรรศน์แบบกรีนอฟที่มีกำลังขยายแบบแยกส่วนซึ่งควบคุมโดยดรัมหมุน
AO Spencer Cycloptic; กล้องส่องทางไกลแบบปรับกำลังขยายทีละขั้นโดยใช้เลนส์กาลิเลียนในดรัมหมุน
กล้องส่องทางไกล Zeiss Discovery V8; ปรับกำลังขยายได้ต่อเนื่อง ควบคุมด้วยปุ่มหมุนสีน้ำเงินขนาดใหญ่
กำลังขยายในกล้องจุลทรรศน์สเตอริโออาจเป็นแบบคงที่หรือแบบปรับได้ ทั้งในช่วงที่ไม่ต่อเนื่องหรือต่อเนื่อง สำหรับกำลังขยายคงที่ กำลังขยายหลักจะทำได้โดยใช้เลนส์วัตถุ คู่หนึ่ง ที่มีกำลังขยายคงที่
การเปลี่ยนแปลงกำลังขยายแบบไม่ต่อเนื่องสามารถทำได้ผ่านระบบที่กาลิเลโอเรียกว่า " ระบบออปติก แบบกาลิเลโอ " โดยใช้เลนส์นูนโฟกัสคงที่หลายตัวในการจัดเรียงเพื่อให้ได้กำลังขยายคงที่ แต่มีความแตกต่างที่สำคัญคือ หากส่วนประกอบทางแสงเดียวกันในระยะห่างเดียวกันกลับด้านทางกายภาพ จะทำให้ได้กำลังขยายที่แตกต่างกัน แต่ยังคงคงที่ วิธีนี้ทำให้เลนส์ชุดเดียวสามารถให้กำลังขยายได้สองแบบ เลนส์สองชุดสามารถให้กำลังขยายได้สี่แบบบนดรัมเดียว และเลนส์สามชุดสามารถให้กำลังขยายได้หกแบบและยังคงพอดีกับดรัมเดียว[ 4 ] : 95ประสบการณ์จริงแสดงให้เห็นว่าระบบออปติกแบบกาลิเลโอเหล่านี้มีประโยชน์เทียบเท่ากับระบบซูมที่มีราคาแพงกว่ามาก โดยมีข้อดีคือทราบกำลังขยายที่ใช้เป็นค่าคงที่โดยไม่ต้องอ่านมาตราส่วนแบบอนาล็อก (ในสถานที่ห่างไกล ความทนทานของระบบก็เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเช่นกัน)
อีกประการหนึ่งคือการซูมหรือ การขยายภาพแบบ แพนคราติกซึ่งสามารถขยายภาพได้อย่างต่อเนื่องในช่วงที่กำหนด ระบบซูมสามารถขยายภาพได้มากขึ้นโดยใช้เลนส์เสริมที่เพิ่มกำลังขยายรวมเป็นปัจจัยที่กำหนด นอกจากนี้ กำลังขยายรวมในทั้งระบบคงที่และระบบซูมสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนเลนส์ใกล้ตา[ 1 ]
แสงสว่าง
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบคลาสสิกใช้ การส่องสว่าง แบบส่งผ่าน (ไดแอสโคปิก) ซึ่งแสงจะถูกส่งผ่านวัตถุที่กำลังตรวจสอบ[ 9 ] : 26ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างมักจะโปร่งใสหรือกึ่งโปร่งใส[ 10 ] : 21–22ในทางตรงกันข้าม กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอส่วนใหญ่มักใช้ การส่องสว่าง แบบสะท้อนหรือตกกระทบ ซึ่งเป็นแสงที่สะท้อนจากพื้นผิวของวัตถุ[ 9 ] : 30การใช้แสงสะท้อนจากวัตถุช่วยให้สามารถตรวจสอบตัวอย่างที่หนาเกินไปหรือทึบแสงเกินไปสำหรับการส่องสว่างแบบไดแอสโคปิกได้[ 10 ] : 39กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอบางชนิดยังสามารถใช้การส่องสว่างแบบส่งผ่านแสงได้เช่นกัน โดยทั่วไปจะใช้หลอดไฟหรือกระจกใต้แท่นวางโปร่งใสใต้ตัววัตถุ แต่ต่างจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง การส่องสว่างแบบส่งผ่านแสงจะไม่ถูกโฟกัสผ่านคอนเดนเซอร์ในระบบส่วนใหญ่[ 11 ]กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอที่มีอุปกรณ์ส่องสว่างพิเศษสามารถใช้สำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบสนามมืดได้โดยใช้ทั้งแสงสะท้อนหรือแสงส่งผ่าน[ 12 ]
ตัวอย่างขนาดเล็กจำเป็นต้องใช้แสงสว่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่กำลังขยายสูง ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้แหล่งกำเนิดแสง แบบ ใยแก้ว นำแสง ใยแก้วนำแสงใช้ หลอดฮาโลเจนซึ่งให้แสงสว่างสูงเมื่อเทียบกับกำลังไฟฟ้าที่ป้อนเข้าไป หลอดไฟมีขนาดเล็กพอที่จะติดตั้งใกล้กับกล้องจุลทรรศน์ได้ง่าย แม้ว่ามักจะต้องมีการระบายความร้อนเพื่อลดอุณหภูมิสูงจากหลอดไฟ ก้านใยแก้วนำแสงช่วยให้ผู้ใช้งานมีอิสระในการเลือกสภาพแสงที่เหมาะสมสำหรับตัวอย่าง ก้านถูกหุ้มด้วยปลอกที่เคลื่อนย้ายและควบคุมได้ง่ายไปยังตำแหน่งที่ต้องการ โดยปกติแล้วก้านจะไม่เกะกะเมื่อปลายที่ส่องสว่างอยู่ใกล้กับตัวอย่าง ดังนั้นจึงไม่รบกวนภาพในกล้องจุลทรรศน์ การตรวจสอบ พื้นผิว รอยแตกมักต้องการแสงเฉียงเพื่อเน้นลักษณะพื้นผิวในระหว่างการวิเคราะห์รอยแตกและแสงใยแก้วนำแสงเหมาะสำหรับวัตถุประสงค์นี้ สามารถใช้ก้านไฟดังกล่าวหลายอันสำหรับตัวอย่างเดียวกันได้ จึงเพิ่มความสว่างได้มากยิ่งขึ้น
ความก้าวหน้าล่าสุดในด้านระบบไฟส่องสว่างสำหรับกล้องจุลทรรศน์แบบผ่าตัด ได้แก่ การใช้LED กำลังสูงซึ่งประหยัดพลังงานมากกว่าหลอดฮาโลเจนมาก และสามารถสร้างแสงสีได้หลากหลาย ทำให้มีประโยชน์สำหรับ การวิเคราะห์ สารเรืองแสงในตัวอย่างทางชีวภาพ (ซึ่งเป็นไปไม่ได้หากใช้แหล่งกำเนิดแสงแบบฮาโลเจนหรือไอปรอท)
จอแสดงผลดิจิทัล
กล้องวิดีโอถูกติดตั้งไว้ในกล้องจุลทรรศน์สเตอริโอบางรุ่น ทำให้สามารถแสดงภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นบนจอภาพความละเอียดสูงได้ จอแสดงผลขนาดใหญ่ช่วยลดอาการเมื่อยล้าของดวงตาที่อาจเกิดขึ้นจากการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบธรรมดาเป็นเวลานาน
ในบางรุ่น คอมพิวเตอร์ในตัวจะแปลงภาพจากกล้องสองตัว (ตัวละหนึ่งตัวต่อช่องมองภาพ) เป็นภาพสามมิติแบบอนาไกลฟ์สำหรับดูด้วยแว่นตาแดง/ฟ้า หรือเป็นกระบวนการรวมแสงแบบไขว้สำหรับแว่นตาใสและเพื่อให้ได้สีที่แม่นยำยิ่งขึ้น ผลลัพธ์ที่ได้สามารถมองเห็นได้โดยกลุ่มคนที่สวมแว่นตา โดยทั่วไปแล้ว จะแสดงภาพสองมิติจากกล้องตัวเดียวที่ติดอยู่กับช่องมองภาพช่องใดช่องหนึ่ง
ดูเพิ่มเติม
อ่านเพิ่มเติม
- Wilson, Erin E; Chambers, William; Pelc, Radek; Nothnagle, Paul; Davidson, Michael W (2020). "กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอในกายวิภาคศาสตร์ระบบประสาท"ใน Pelc, Radek; Walz, Wolfgang; Doucette, J. Ronald (บรรณาธิการ). เทคนิคทางเนื้อเยื่อวิทยาและภาพถ่ายระบบประสาท Neuromethods (153). นิวยอร์ก: Springer. หน้า245–274 . doi : 10.1007/978-1-0716-0428-1_9 . ISBN 978-1-0716-0426-7.
