Sistema
Greenough
L'architettura più antica
dello stereomicroscopio si basa sul progetto di Horatio Saltstall
Greenough (figlio del pittore e scultore americano Horatio
Greenough), e sviluppato per la prima volta da Zeiss, in
collaborazione con Ernst Abbe.
Nel 1886 Greenough mostrò
il suo schema microscopico ad Abbe in un hotel a Jena (Germania), che
al tempo era la Mecca del vetro per lenti e dei produttori di
materiale ottico. Abbe capì immediatamente che questo progetto
avrebbe reso lo stereomicroscopio uno degli strumenti più venduti
dalla Carl Zeiss: in effetti, Zeiss produce i microscopi Greenough,
ora commercializzati nella sua serie Stemi, da 120 anni.
Il Greenough è uno
strumento che non sarà mai obsoleto, poiché è il complemento
perfetto per i nostri occhi: è costituito da due sistemi ottici
adiacenti, con due lenti poste ad Y e con due prismi di Porro (dal
nome di Ignazio Porro, un fisico italiano che li ha inventati e che
sono attualmente utilizzati anche con il binocolo) che proiettano due
immagini, una in ogni retina dell'osservatore, ottenendo così
l'effetto stereo. L'effetto stereo si basa sull'angolo tra i due
obiettivi, chiamato angolo di convergenza.
Il design Greenough presenta
vantaggi e svantaggi:
-Essendo un sistema compatto
e semplice, è il giusto tipo di attrezzatura in ambienti
industriali. È anche il più resistente agli impatti e agli ambienti
estremi.
-Al contrario, in caso di
guasto (disallineamento delle lenti a causa di urti, danni meccanici
all'ottica diversi dagli oculari, che sono sempre sostituibili,
guasti meccanici, danni chimici alle lenti, escrescenze fungine negli
obiettivi ...), è molto difficile da riparare...
Il suo principale svantaggio
sta nel fatto che presenta un tipo di aberrazione chiamata "chiave
di volta", che è particolarmente rilevante quando si
eseguono microfotografie: l'immagine appare a fuoco nell'area
centrale del campo visivo, cambiando la messa a fuoco, l'aumento e
l'illuminazione nella periferia dell'immagine, che appare distorta.
Questo effetto è compensato dalla risposta dei nostri occhi, sebbene
contribuisca all'affaticamento oculare. E soprattutto, questa
aberrazione viene percepita nelle immagini fotografiche, poiché la
fotocamera non compensa l'effetto. Pertanto, le immagini scattate con microscopio Greenough hanno il tipico aspetto "microscopico". Il
sistema presenta anche limitazioni in termini di aumento e
risoluzione. Di solito un Greenough non supera generalmente i 80x
nominali nei modelli più costosi.
Sistema
Galileo o CMO:
Gli stereomicroscopi
galileiani -parallelo o telescopico- Obiettivo Comune (OCM è
l'acronimo in inglese) sono stati sviluppati negli anni '50 del XX
secolo, prima negli Stati Uniti e poi da Bausch & Lomb. L'idea
era di migliorare la qualità dell'immagine degli stereomicroscopi e
introdurre un nuovo elemento: lo Zoom. I
primi a realizzare lo Zoom furono appunto gli ottici americani
(classici AOL), che introdussero il sistema ciclopico, cioè con un
unico obiettivo a tamburo rotante che permetteva la variazione degli
ingrandimenti. Successivamete, venne realizzato lo zoom continuo che,
a differenza del vecchio Greenough, richiede il cambio di obiettivi.
Questi sistemi sono
caratterizzati dall'avere un unico obiettivo di grande diametro,
piuttosto che i due obiettivi simmetrici del sistema Greenough;
l'asse ottico della lente è perpendicolare al piano del campione, in
modo da annullare la distorsione geometrica dei sistemi Greenough.
L'immagine acquisita dall'obiettivo grandangolare è trasferita agli
oculari da due telescopi galileiani paralleli Questi due fasci di
luce in parallelo rappresentano un vantaggio pratico, consentendo la
produzione di sistemi modulari che forniscono un sacco di versatilità
al microscopio.
Vantaggi del sistema CMO:
- Versatilità: il sistema
modulare consente l'integrazione di numerosi accessori, come ponti
ottici, proiettori, splitter, sistemi doppi ... Un sistema CMO è
sempre aggiornabile.
- Immagine piatta: l'assenza
dell'effetto "chiave di volta" fornisce immagini piatte e
uniformemente focalizzate in tutto il campo visivo. Pertanto, le
immagini fotografiche appaiono più naturali e la visione attraverso
gli oculari è più naturale e piacevole.
- Saturazione di colore e
contrasto: il design di telescopi in parallelo consente di osservare
più immagini a colori sature e realistiche, molto più
sovrapponibili alla visione a occhio nudo. Ciò ha dei vantaggi anche
nella fotografia e specialmente quando si tratta di documentazione
scientifica, in cui è necessario ritrarre l'immagine più realistica
possibile.
- "Ottiche
all'infinito": il design basato su un'unica lente e due
telescopi paralleli, fornisce immagini focalizzate "all'infinito".
Questo tipo di ottica produce meno affaticamento degli occhi, in
quanto non esiste un angolo di convergenza. Potremmo dire che
l'immagine osservata con un buon microscopio galileiano , confrontata
a un Greenough, è come confrontare un moderno televisore a schermo
piatto con quelli vecchi.
Svantaggi:
-Aberrazioni: il più grande
svantaggio di un sistema galileiano. I due telescopi che raccolgono
l'immagine sono al di fuori dell'asse ottico dell'obiettivo. Ciò
implica la comparsa di astigmatismo, cioè "effetto cometa"
(un punto luminoso appare come una cometa con la coda) o aloni e
aberrazione cromatica, cioè l'aspetto di un alone colorato intorno
all'immagine. La correzione di questo problema implica l'uso di
obiettivi ad elevata acromaticità e rende il sistema più costoso.
-l'apertura numerica più
bassa dell'obiettivo: questo implica una risoluzione più bassa ad
alti ingrandimenti, il che è uno svantaggio nell'osservazione dei
minerali. Tuttavia, questo effetto è compensato dall'ottica completa
e dal diametro dell'obiettivo: un buon sistema CMO può ottenere
ingrandimenti molto elevati, fino a 150-200x o anche più; quindi è
davvero un vantaggio, se si è disposti a pagarne il prezzo economico
... questo ci porta al
suo principale svantaggio:
- Prezzo più alto: i
sistemi galileiani costano da 3 a 5 volte di più dei sistemi
Greenough della stessa gamma di qualità o marca. Valutare se
l'investimento in un team CMO vale la pena dipende dall'applicazione.
Evitare i sistemi CMO
"economici", perchè in microscopia, il prezzo è davvero
valore.
Quale è meglio? Quale
sistema scelgo?
Non si può dire che uno
dei sistemi sia migliore dell'altro. Ognuno ha i suoi vantaggi e
svantaggi. Tutto dipende dalle nostre esigenze, dall'applicazione e
dal budget. Anche per la stessa applicazione (minerali per esempio),
ci sono casi in cui un CMO ci dà più soddisfazione, altre volte un
Greenough ci permette di vedere meglio. La cosa brutta è che non
possiamo avere entrambi ... A meno che non abbiamo un sacco di soldi,
ovviamente.
In generale, se vogliamo una
qualità elevata in fotomicrografia, dovremmo optare per un sistema
CMO. Il problema è il suo prezzo. Se vogliamo che il sistema sia
utile e privo di distorsioni e aberrazioni, dobbiamo acquisire uno
dei marchi "migliori", il cui prezzo è compreso tra 10 e
12 mila euro. Bisogna tenere conto del fatto che nell'applicazione
mineralogica abbiamo bisogno di un sistema ben risolto e, come ho
detto prima, i CMO presentano problemi di risoluzione ad alti
ingrandimenti. I marchi più importanti hanno risolto questi problemi
realizando ottiche altamente tecnologiche e varie strategie
meccaniche, creando strumenti magnifici, diversamente dai marchi
economici che sono ancora lontani dal raggiungere lo scopo.
Se il nostro budget non ci
consente di avvicinarci a questo livello, dovremmo optare per un
sistema Greenough. I marchi di prezzo più conveniente attualmente
producono Greenough competitivi. Se non siamo troppo interessati
alla fotomicrografia, NESSUN DUBBIO, un sistema Greenough è
appropriato.
Se ho intenzione di lavorare
"in campo" senza dubbio opto per un sistema Greenough. Un
sistema CMO, per sfruttarlo e prendersene cura, richiede una
postazione stabile.
Se ho intenzione di
applicarmi all'osservazione di routine di molti campioni (controllo
qualità ad esempio) o nell'insegnamento (per istituti o scuole) è
perfetto un sistema Greenough.
Per l'elettronica, è
difficile da dire. A volte un sistema CMO ha le caratteristiche
appropriate per vedere bene i piccoli circuiti, a causa della sua
immagine piatta e della saturazione del colore, ma in generale un
Greenough è adatto.
Per la ricerca in biologia e
scienze biomediche o correlati è preferibile il sistema CMO , per
l'esigenza di visualizzare più correttamente e di effettuare la
documentazione fotografica del lavoro.
