Lo stereomicroscopio: che cos'è e come funziona

Com’è fatto uno stereomicroscopio

Il microscopio stereoscopico (detto anche stereomicroscopio) è uno strumento ottico che consente di osservare oggetti a bassi ingrandimenti e di poterne valutare anche la profondità. Si tratta di un microscopio particolarmente adatto a lavorare su campioni non preparati appena raccolti. Una prima conoscenza dello strumento inizia proprio dalle parti che lo compongono (Fig.1).

*Figura 1 – Stereomicroscopio, le parti che lo compongono [Fonte: Geass.com]*

Nella prima parte di questo articolo approfondiremo le componenti principali dello stereomicroscopio:

Oculari
Anelli di compensazione diottrica
Prismi
Obiettivi
Manopola di messa a fuoco
Manopola di regolazione Zoom
Regolazione intensità luminosa
Pinzette per sostegno campioni
Pulsante di accensione

Oculari

Gli oculari sono le parti ottiche in cui l’operatore guarda per vedere un’immagine ingrandita dell’oggetto. Gli oculari hanno una scritta che identifica l’ingrandimento dell’oculare. Gli ingrandimenti più comuni sono 5x, 10x, 15x, 20x.

Gli oculari possono essere liberi di essere estratti dal tubo porta oculari oppure vi è una vite che blocca l’oculare nel tubo. Il vantaggio di avere una vite per il blocco consiste nell’impedire la caduta dell’oculare nel caso in cui il microscopio venga capovolto oppure inclinato notevolmente.

In base al tipo di microscopio è possibile regolare le diottrie sul singolo oculare. I microscopi “base” spesso sono sprovvisti di questa funzione. L’intervallo della regolazione diottrica va da -5 a +5.

È possibile regolare la distanza tra i due oculari (detta distanza interpupillare) e può variare tra i 55 e i 75 mm, e ciò permette all’utilizzatore di regolare la propria distanza.

Prismi

Il sistema di prismi è presente nello stereomicroscopio e rende dritta l’immagine dell’oggetto che si sta osservando. Il “prisma di Porro” è comunemente utilizzato in coppia in molti strumenti. Il nome di questo prisma deriva dal cartografo piemontese Ignazio Porro, inventore di strumenti scientifici.

Obiettivi

Gli obiettivi permettono di cogliere molti particolari dell’oggetto che si sta osservando. Hanno una scritta che identifica l’ingrandimento. Negli stereomicroscopi più semplici, gli obiettivi (o obiettivo singolo nel caso del sistema CMO) sono montati in modo permanente nell’alloggiamento inferiore del corpo, e l’ingrandimento può essere cambiato introducendo eventualmente oculari di potenza variabile.

I microscopi stereoscopici leggermente più complessi, invece, hanno obiettivi intercambiabili che consentono di regolare i fattori di ingrandimento totale utilizzando un obiettivo di potenza maggiore o minore.

Gli stereomicroscopi di livello medio sono dotati di un alloggiamento dell’obiettivo scorrevole o di una torretta rotante contenente diversi set di obiettivi abbinati per produrre diversi fattori di ingrandimento. Per regolare l’ingrandimento, l’operatore ruota semplicemente la torretta per posizionare una nuova coppia di obiettivi.

Gli stereomicroscopi di altissima qualità sono dotati di un sistema di lenti zoom. I sistemi di zoom forniscono un intervallo di ingrandimento continuamente variabile che può essere regolato ruotando una manopola situata sulla periferia del corpo dello stereomicroscopio. La manopola dello zoom permette di modificare l’obiettivo, e di usarne di diversi.

Ingrandimento totale

L’ingrandimento totale dell’immagine che si osserva è dato dalla moltiplicazione dell’ingrandimento dell’oculare e l’ingrandimento degli obiettivi. Per esempio, uno stereomicroscopio avente una coppia di oculari con ingrandimento 10x e un obiettivo a 2x, ha un ingrandimento totale pari a 20x (Tabella 1).

			Oculare
	5x	10x	15x	20x	25x
Obiettivo
0,5x	2,5x	5x	7,5x	10x	12,5x
0,75x	3,75x	7,5x	11,25x	15x	18,75x
1x	5x	10x	15x	20x	25x
2x	10x	20x	30x	40x	50x
3x	15x	30x	45x	60x	75x
4x	20x	40x	60x	80x	100x
6x	30x	60x	90x	120x	150x

Tabella 1 – Ingrandimento dell’obiettivo, dell’oculare ed ingrandimento totale; esempi

Manopola di messa a fuoco

La messa a fuoco consiste nella variazione della distanza tra oggetto ed obiettivi per ottenere alla fine un’immagine nitida e ben definita.

Sistema d’illuminazione

La luce diretta, detta anche luce incidente, colpisce l’oggetto da osservare direttamente dall’alto. All’interno della base dello strumento, molto spesso è inserito un altro sistema d’illuminazione che permette di illuminare l’oggetto da sotto. In questo caso, si parla di illuminazione trasmessa. Per osservare, invece, l’oggetto senza ombre vengono utilizzati dei sistemi d’illuminazione che permettono una diffusione della luce in maniera omogenea. Uno di questi sistemi di illuminazione prevede l’utilizzo di un anello inserito sotto l’obiettivo. Possono essere anelli con lampada fluorescente oppure anelli con Led.

Base

La base è la parte dello strumento dove viene appoggiato il campione o il vetrino da osservare, e deve essere ampia e solida. Nella base sono inseriti gli interruttori dell’illuminazione e il trasformatore. Inoltre nella maggior parte dei casi sono montate le pinzette per il sostegno campioni, utili per mantenere fisso l’oggetto sottoposto all’osservazione.

Lo stereomicroscopio come strumento indispensabile

Utile in tanti settori, dall’elettronica alla mineralogia, dall’orologeria alla numismatica, dalla meccanica al settore tessile, senza dimenticare l’osservazione di insetti, fiori, fossili, piante e microrganismi.

La costruzione dei primi microscopi può essere collocata negli ultimi decenni del ‘500 e i primi del ‘600.

Il primo microscopio in stile stereoscopico con oculari gemelli e obiettivi corrispondenti fu progettato e costruito da Cherubin d’Orleans nel 1671, ma lo strumento era in realtà un sistema pseudostereoscopico. Lo svantaggio principale del progetto d’Orleans era che l’immagine del lato sinistro veniva proiettata sull’oculare destro e l’immagine del lato destro veniva proiettata sull’oculare sinistro.

Fu solo più di 150 anni dopo, quando Sir Charles Wheatstone scrisse un trattato sulla visione binoculare, che fu stimolato un interesse sufficiente per la stereomicroscopia da fornire l’impulso per ulteriori lavori.

Come funziona lo stereomicroscopio

Ci sono due tipi di stereomicroscopio con differenze di tipo costruttivo: il modello Greenough e il modello Galileiano. Entrambi i modelli possiedono le principali componenti sopra descritte, e in particolare sono caratterizzati dagli oculari, dal sistema di prismi, e dai due obiettivi nel modello Greenough e da un obiettivo solo nel modello Galileiano. Approfondiamo nel dettaglio entrambi i modelli.

Modello Greenough

All’inizio degli anni 1890, Horatio S. Greenough, un designer di strumenti americano, introdusse un nuovo design che sarebbe diventato il capostipite dei moderni stereomicroscopi.

Fu sviluppato per la prima volta da Zeiss, in collaborazione con Ernst Abbe.

Il modello Greenough è costituito da due sistemi ottici identici accoppiati, con due lenti poste ad “Y”. I due occhi dell’operatore guardano separatamente il campione e l’osservazione è garantita dall’angolo di convergenza compreso tra 12° e 15° tra i due tubi oculari.

Il design Greenough è un sistema compatto e semplice, è il giusto tipo di attrezzatura utilizzato in ambienti industriali. È anche il più resistente agli impatti e agli ambienti estremi.

Modello Galileiano

Gli stereomicroscopi galileiani sono stati sviluppati negli anni ’50 del XX secolo.

Questi sono chiamati anche CMO (Common Main Objective) cioè a obiettivo principale comune. Il nome deriva dalla caratteristica principale di tale stereomicroscopio: un unico grande obiettivo centrale introdotto nella parte inferiore del corpo, attraverso il quale sia il canale sinistro che quello destro accumulano la luce del campione. Ciascun canale opera in maniera indipendente e parallelo all’altro. L’asse ottico della lente è perpendicolare al piano del campione.

Inclinazione

Indipendentemente dallo schema costruttivo dello strumento di tipo Greenough oppure di tipo Galileiano, il microscopio stereoscopico può essere verticale o inclinato. Il microscopio stereo inclinato è più comodo da utilizzare soprattutto da seduti e per lunghi periodi di tempo.

*Figura 2 – Stereomicroscopio binoculare verticale [Fonte: Zetalab.it]*

*Figura 3 – Stereomicroscopio binoculare inclinato [Fonte: Zetalab.it]*

Vantaggi / svantaggi dei due modelli

Non si può dire che uno dei due modelli sia migliore. La scelta di uno dei sistemi piuttosto che dell’altro dipende dalle esigenze, dall’applicazione e dal budget.

In alcuni casi, per la stessa applicazione (minerali per esempio) vanno molto bene entrambi i sistemi.

In generale, il sistema CMO è utile per ottenere una qualità elevata in fotomicrografia.

Se l’intenzione, invece, prevede l’osservazione di routine di molti campioni (controllo qualità ad esempio) è perfetto un sistema Greenough.

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.

La Figura 4 mostra, a solo titolo esplicativo, i due sistemi ottici.

Figura 4 – Modello CMO e Greenough
[Fonte: Binomania.it]

Osservare allo stereomicroscopio

Osservare ingrandito il mondo che ci circonda pare sia da molto tempo un’esigenza umana. Per il mondo microbiologico, l’osservazione viene fatta, ad esempio, attraverso l’utilizzo del microscopio ottico. Nel caso del microscopio stereoscopico, invece, si tratta di un’osservazione fatta con ingrandimenti molto più bassi.

Per la corretta osservazione del campione al microscopio stereoscopico, è necessario seguire una serie di istruzioni qua sotto riportate nel dettaglio:

Posizionare il campione sulla base dove è presente il piano porta-preparati, e bloccare il vetrino / l’oggetto da osservare con le apposite pinzette se necessario.
Assicurarsi che il campione si trovi al centro del campo di osservazione.
In caso di stereomicroscopi dotati di illuminatore elettrico, inserire lo spinotto del cavo nella presa di alimentazione, premere il pulsante di accensione e selezionare la sorgente luminosa.
Regolare l’intensità della luce mediante l’apposita manopola fino ad ottenere una luminosità adatta all’osservazione.
Regolare la distanza interpupillare dei portaoculari sulla testata fino ad ottenere la visione di un unico campo luminoso circolare.
Mettere a fuoco il campione, ruotando l’apposita manopola.
Se presente, ruotare l’anello di compensazione diottrica dell’oculare fino a che l’immagine è definita e a fuoco.
Selezionare il potere di ingrandimento desiderato mediante la manopola dello zoom, se presente.

Condizioni per l’utilizzo

L’operatore abilitato alla osservazione stereoscopica deve attenersi a determinate e idonee condizioni d’uso.

Si richiede di operare in un ambiente di lavoro con temperatura interna che varia tra 0 e 40°C, e con umidità relativa massima 85% (in assenza di condensa).

In generale, è fondamentale proteggere il microscopio da polvere e urti.

Inoltre, l’operatore inizia ad osservare sempre a bassi ingrandimenti per poi aumentare, qualora il microscopio stereo permetta di variare l’ingrandimento.

Spegnere la luce immediatamente dopo aver concluso l’osservazione.

A fine lavoro, pulire le ottiche con un apposito panno morbido. Solo se necessario, servirsi di un panno inumidito con acqua e un detersivo neutro, risciacquando accuratamente con acqua e asciugando immediatamente con un panno non sfilacciato.

Dopo l’uso, coprire il microscopio con l’eventuale custodia antipolvere in dotazione, e tenere in un luogo asciutto e pulito.

Inoltre, qua sotto vengono indicate alcune delle operazioni che l’operatore deve evitare:

Non strofinare la superficie di nessun componente ottico con le mani, perché le impronte digitali possono danneggiare le ottiche.
Non utilizzare solventi né sul microscopio né sulle ottiche.
Evitare di smontare gli obiettivi o gli oculari per cercare di pulirli.
Maneggiare con cura e non adoperare inutile forza sul microscopio.
Non pulire lo strumento con solventi volatili o agenti pulenti abrasivi.
Per la manutenzione rivolgersi alla ditta costruttrice qualora possibile.