Algunos entenderán lo que es el campo de visión, pero ¿qué significa en microscopía? ¿Cómo podemos calcular el campo de visión de una imagen ampliada cientos de veces y pasada por varias lentes?

Este artículo explica en detalle qué es el campo de visión de un microscopio, qué limita el campo de visión, cómo afecta el aumento al campo de visión e incluso examina las tecnologías emergentes que amplían los límites.

¿Qué es el campo de visión?

El campo de visión de un microscopio es simplemente la cantidad de espacio físico que un microscopio está mirando en un momento dado. Al medirlo, solemos hacer algunas salvedades, como que la imagen producida dentro de este campo esté libre de aberraciones u otras distorsiones que comprometan la calidad de la imagen.

Estas aberraciones están causadas por los haces de luz redundantes que se filtran a través del microscopio al rebotar por el canal de luz, por lo que la mayoría de los objetivos de los microscopios están cuidadosamente ajustados para minimizarlas; más adelante en el artículo hablaremos más concretamente de esto.

El campo de visión es un área redondeada que se mide por su diámetro, normalmente en milímetros o micrómetros. Es importante destacar que, a medida que los objetivos de nuestros microscopios aumentan y miran más de cerca una muestra, su campo de visión general se reduce porque el área precisa que miran está más definida.

Esto, por supuesto, significa que el uso de un objetivo de microscopio de menor aumento también presenta la ventaja de un mayor campo de visión, lo que supone una mejora en determinados escenarios.

¿Cómo se calcula el campo de visión?

Según la New York Microscope Company, el campo de visión de un microscopio se calcula tomando el número de campo del microscopio, o su campo de visión individual, y dividiéndolo por el aumento total del objetivo.

Es importante tener en cuenta que algunos modelos de microscopio pueden utilizar una lente óptica secundaria, por lo que si el suyo lo hace, el aumento de la lente auxiliar debe multiplicarse por el aumento de la lente objetivo antes de dividirlo.

Como ejemplo, supongamos que tenemos un ocular con 10 aumentos y un campo de visión de 22 y que utilizamos una lente objetiva con 40 aumentos. Tomaríamos los aumentos del ocular y del objetivo y los multiplicaríamos para obtener 400, y luego dividiríamos nuestro campo de visión (22) por esos 400 para obtener un total de 0,055; estos resultados también se miden en milímetros , aunque los puedes pasar a  a micrómetros fácilmente.

Con esta información, vemos directamente cómo el aumento total de nuestro microscopio disminuye el campo de visión total, pero también proporciona una mayor claridad.

¿Es malo un campo de visión elevado?

El campo de visión tiene ventajas y desventajas que pueden parecer aparentes, pero que en realidad son más complicadas de lo que parece.

Como se ha dicho, un mayor campo de visión suele significar un menor aumento, pero a medida que avanza la tecnología de las lentes, esto no siempre es necesariamente así.  Según MicroscopyU, hay microscopios de campo de visión amplio en producción que ofrecen imágenes de visualización más grandes, pero éstos necesitan microscopios corregidos para aprovechar este espacio extra adecuadamente.

Utilizando oculares muy corregidos, estos dispositivos pueden alcanzar números de campo de 26 milímetros y superiores. Si el ocular de nuestro ejemplo anterior tuviera un número de campo de 26 en lugar de 22, nuestro campo de visión habría aumentado de 0,055 a 0,065.

Otro factor importante a tener en cuenta es cómo se correlacionan el aumento y el campo de visión con la profundidad de campo. A medida que la luz se canaliza más estrechamente en la lente del objetivo, el campo de visión se vuelve menos profundo o más cercano a la propia lente.

Si bien esto no es un problema en ciertas aplicaciones, en otras causa complicaciones. Por ejemplo, muchas muestras de microscopía de ciencias de la vida requieren que se sumerjan en agua, lo que significa que deben estar completamente selladas y observarse a través de otra capa de vidrio, además del líquido. Si un objetivo tiene un campo de visión y una profundidad de campo demasiado estrechos, no podrá observar correctamente la muestra sin refracción de la imagen ni aberraciones. Por ello, las lentes y los objetivos de los microscopios están corregidos para determinados medios y, por tanto, sólo funcionan dentro de ellos.

Como también explica MicroscopyU, la lente óptica y su diafragma de campo determinan el campo de visión, que es el componente que ayuda a filtrar la luz redundante. Este diafragma de campo tiene lugar antes o después de la lente de campo, que se presenta en una configuración convexa o cóncava, dependiendo de su colocación. El diafragma de campo ayuda a presentar una imagen más clara, pero esto se produce a costa de un cierto campo de visión y un ángulo de visión menor.

Con todo este contexto, podemos pensar en el campo de visión como una compensación, un área de visión mayor a cambio de menos detalles y profundidad de imagen. Para ello, tenemos que pensar en el campo de visión como algo que hay que tener en cuenta cuando se observan especímenes específicos con un microscopio.

¿Necesitamos ver toda una muestra simultáneamente? ¿Cuál es la distancia de trabajo para esta muestra? ¿Podría utilizar la unión de imágenes en este caso? Con las respuestas a estas preguntas, puede considerar cuál podría ser la solución adecuada para usted y determinar si su campo de visión es un beneficio o un perjuicio para su aplicación.

¿Llegarán los microscopios a alcanzar mayores FoVs?

Actualmente, algunos microscopios están superando los límites literales de lo que es posible con la imagen. Al alcanzar resoluciones 4K reales, estos revolucionarios microscopios son capaces de ofrecer el mismo nivel de calidad de imagen y detalle en una superficie más amplia. Esto es posible porque los píxeles adicionales del sensor absorben más datos, lo que significa que el zoom óptico no es el único factor en juego en la recopilación de datos. En cambio, estos microscopios no necesitan el mismo factor de zoom intenso, ya que pueden aprovechar mejor su espacio.

Además, un grupo de investigadores chinos experimentó recientemente con lo que llamaron metasuperficies o superficies nanofabricadas que podían tanto manipular como retener la luz incluso a escalas microscópicas. Publicaron su trabajo en la edición de noviembre de 2020 de la revista Advanced Photonics de SPIE, donde lograron mejorar la eficiencia, el campo de visión y la polarización, todo ello con una arquitectura ultraligera y ultrafina.

Para recrear las capacidades de un microscopio digital, integraron directamente sus metalens con un sensor de imagen CMOS, creando un MIID, o dispositivo de imagen integrado en metalens. Pudieron configurar estas superficies con una matriz y utilizar varios sensores CMOS para obtener imágenes de campo amplio, emulando al mismo tiempo la unión de imágenes.

La unión de imágenes es una técnica sencilla que consiste en tomar varias imágenes y unirlas mediante un sofisticado algoritmo que detecta el solapamiento y las alinea correctamente. En el caso del MIID, pudieron integrar la unión de imágenes en su captura, lo que permitió corregir la imagen al ser tomada por varios sensores simultáneamente. A esto lo llamaron polarización-multiplexada de doble fase, una técnica compleja que requiere que el software y el hardware se comuniquen entre sí correctamente.

Se trata de una tecnología disruptiva en sus inicios que tiene muchas aplicaciones potenciales. En teoría, es capaz de superar al microscopio en capacidad en varios ámbitos verticales. Sin embargo, hay mucho que entender sobre ella para que la tecnología se implemente a gran escala o se estandarice. Con más microscopios estándar de mayor resolución, éstos también pueden lograr un mayor campo de visión sin necesidad de coser las imágenes por software, lo que podría alterar los datos recogidos.

Con respecto a los microscopios y objetivos estándar, es posible que otras tecnologías de intersección ofrezcan nuevas soluciones para ampliar los microscopios actuales. Además, hemos dicho antes que existen algunas soluciones de microscopios de alto FoV. Sin embargo, éstas son de nicho y más caras que sus homólogas.

Como ocurre con todas las tecnologías, los ingenieros siguen trabajando en busca de métodos nuevos e innovadores para mejorar no sólo los productos, sino las herramientas y metodologías de investigación.

Conclusión

El campo de visión en microscopía es un tema más complicado que el de la fotografía estándar. Abarca los niveles de aumento de no uno sino dos objetivos, así como la profundidad de campo, las inmersiones e incluso las tecnologías emergentes de los metalentes.

Ahora entendemos que un mayor campo de visión implica a veces un menor nivel de aumento, pero que eso no siempre es malo. A veces nuestras muestras requieren mayores profundidades de campo o simplemente se hacen más grandes de forma que piden un mayor campo de visión.

En términos de beneficios, entendemos que aunque un mayor campo de visión se correlaciona con un menor nivel de aumento, sabemos que esto no es intrínsecamente malo. Un menor aumento significa una imagen más clara y, por supuesto, permite ver un mayor tamaño de la muestra, lo que para ciertas aplicaciones es inmensamente valioso. Lo importante es que usted entienda su aplicación individualizada y lo que mejor beneficia a los datos que está recogiendo.

Para obtener más información sobre el campo de visión, la costura de imágenes y las inmersiones, visite Navitar.

Fuentes:

New York Microscope Company – How to Estimate the Field of View of a Microscope | Microscopeinternational.com

SPIE Digital Library – Metalens-integrated compact imaging devices for wide-field microscopy | Spiedigitallibrary.org

MicroscopyU – Field of View | Microscopyu.com

 

 

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