Конденсатор представляет собой оптический объектив , который оказывает расходящийся луч от точечного источника в параллельный или сходящийся пучок для освещения объекта.
Конденсаторы являются неотъемлемой частью любого устройства обработки изображений, такого как микроскопы , увеличители , проекторы слайдов и телескопы. Эта концепция применима ко всем видам излучения, подвергающимся оптическому преобразованию, таким как электроны в электронной микроскопии , нейтронное излучение и оптика синхротронного излучения.
Конденсатор микроскопа [ править ]
Конденсаторы расположены над источником света и под образцом в вертикальном микроскопе, а также над предметным столиком и под источником света в инвертированном микроскопе . Они собирают свет от источника света микроскопа и концентрируют его в конусе света, который освещает образец. Апертура и угол светового конуса должны быть отрегулированы (через размер диафрагмы) для каждой линзы объектива с разной числовой апертурой.
Конденсаторы обычно состоят из диафрагмы с переменной апертурой и одной или нескольких линз. Свет от источника освещения микроскопа проходит через диафрагму и фокусируется линзой (линзами) на образец. После прохождения через образец свет рассеивается в виде перевернутого конуса, заполняя переднюю линзу объектива.
Первые простые конденсаторы были введены в преахроматические микроскопы в 17 веке. Роберт Гук использовал комбинацию шара, заполненного соленой водой, и плоско-выпуклой линзы и показывает в « Микрографии », что он понимает причины его эффективности. Создатели 18-го века, такие как Бенджамин Мартин, Адамс и Джонс, понимали преимущество конденсации области источника света по сравнению с областью объекта на сцене. Это была простая плосковыпуклая или двояковыпуклая линза, а иногда и комбинация линз. С разработкой современного ахроматического объектива в 1829 году Джозефом Джексоном Листером, необходимость в улучшенных конденсаторах становилась все более очевидной. К 1837 году использование ахроматического конденсатора было введено во Франции Феликсом Дюжарденом и Шевалье. Английские производители рано взялись за это улучшение из-за навязчивой идеи разрешать тестовые объекты, такие как диатомовые водоросли и решетки, построенные по ноберту. К концу 1840-х годов такие английские производители, как Росс, Пауэлл и Смит; все могли поставить исправные конденсаторы на свои лучшие стойки с правильным центрированием и фокусировкой. Ошибочно утверждается, что эти разработки были чисто эмпирическими - никто не может спроектировать хороший ахроматический конденсатор со сферической коррекцией, полагаясь только на эмпирический опыт. На континенте, в Германии, исправленный конденсатор не считался ни полезным, ни необходимым, в основном из-за неправильного понимания основных оптических принципов. Таким образом, ведущая немецкая компания,Компания Carl Zeiss из Йены в конце 1870-х годов предлагала лишь очень плохой хроматический конденсатор. Французские производители, такие как Nachet, представили на своих стендах отличные ахроматические конденсаторы. Когда ведущий немецкий бактериолог Роберт Кох пожаловался Эрнсту Аббе, что он был вынужден купить ахроматический конденсор Зайберта для своего микроскопа Цейсса, чтобы делать удовлетворительные фотографии бактерий, Аббе в 1878 году создал очень хороший ахроматический дизайн.
Есть три типа конденсатора:
- Хроматический конденсатор, такой как Аббе, в котором не делается попыток исправить сферическую или хроматическую аберрацию . Он содержит две линзы, которые создают изображение источника света, окруженного синим и красным цветом по краям.
- Апланатический конденсор исправлен на сферическую аберрацию.
- В составном ахроматическом конденсоре исправлены как сферические, так и хроматические аберрации.
Конденсатор Аббе [ править ]
Конденсатор Аббе назван в честь его изобретателя Эрнста Аббе , который разработал его в 1870 году. Конденсор Аббе, который первоначально был разработан для Zeiss, установлен под предметным столиком микроскопа. Конденсор концентрирует и контролирует свет, который проходит через образец до попадания в объектив. Он имеет два элемента управления, один из которых перемещает конденсор Аббе ближе к сцене или дальше от нее, а другой - ирисовую диафрагму , которая регулирует диаметр луча света. Элементы управления можно использовать для оптимизации яркости, равномерности освещения и контрастности. Конденсаторы Аббе трудно использовать при увеличении более 400X, поскольку апланатический конус представляет собой только числовую апертуру (NA) 0,6.
Этот конденсатор состоит из двух линз: плоско-выпуклой линзы размером несколько больше полусферы и большой двояковыпуклой линзы, служащей для первой собирающей линзы. Фокус первой линзы традиционно находится на расстоянии около 2 мм от плоскости, совпадающей с плоскостью образца. Колпачок с точечным отверстием можно использовать для совмещения оптической оси конденсора с осью микроскопа. Конденсор Аббе по-прежнему является основой для большинства современных конденсаторов световых микроскопов, даже несмотря на то, что его оптические характеристики плохие. [1] [2] [3]
Апланатические и ахроматические конденсаторы [ править ]
An апланатного конденсатор корректирует сферическую аберрацию в концентрированном пути света, в то время как ахроматическое соединение конденсатор корректирует как сферическую и хроматическую аберрацию .
Специализированные конденсаторы [ править ]
Установки темного поля и фазового контраста основаны на конденсоре Аббе, апланатическом или ахроматическом конденсоре, но к световому пути добавляют ограничитель темного поля или фазовые кольца различного размера. Эти дополнительные элементы размещаются по-разному. В большинстве современных микроскопов (примерно 1990-е гг.) Такие элементы размещены в ползунках, которые вставляются в прорезь между осветителем и конденсорной линзой. Многие старые микроскопы содержат эти элементы в конденсаторе револьверного типа, эти элементы размещены в турели под линзой конденсора и поворачиваются на место.
Специализированные конденсаторы также используются как часть систем дифференциального интерференционного контраста и модулирующего контраста Хоффмана , которые направлены на улучшение контрастности и видимости прозрачных образцов.
В эпифлуоресцентной микроскопии , то объектив действует не только как лупа для света , излучаемого флуоресцирующего объектом, но и в качестве конденсатора для падающего света .
Конденсатор Арлоу-Аббе представляет собой модифицированный конденсатор Аббе, который заменяет ирисовую диафрагму, держатель фильтра, лампу и оптику лампы небольшим цифровым дисплеем OLED или LCD. Блок дисплея позволяет использовать синтезированные в цифровом виде фильтры для темнопольного, рейнберговского, наклонного и динамического (постоянно меняющегося) освещения под прямым компьютерным управлением. Устройство было впервые описано доктором Джимом Арлоу в журнале Microbe Hunter, выпуск 48.
Конденсаторы и числовая апертура [ править ]
Как и линзы объектива, конденсаторы различаются числовой апертурой (NA). Именно числовая апертура определяет оптическое разрешение в сочетании с числовой апертурой объектива. Различные конденсаторы различаются по максимальной и минимальной числовой апертуре, а числовая апертура одного конденсатора варьируется в зависимости от настройки диаметра апертуры конденсатора . Для реализации максимальной числовой апертуры (и, следовательно, разрешения) линзы объектива числовая апертура конденсора должна быть согласована с числовой апертурой используемого объектива. Метод, наиболее часто используемый в микроскопии для оптимизации пути света между конденсором (и другими осветительными компонентами микроскопа) и линзой объектива, известен какКелеровское освещение .
Максимальная числовая апертура ограничена показателем преломления среды между линзой и образцом. Как и линзы объектива, линза конденсора с максимальной числовой апертурой более 0,95 предназначена для использования в условиях масляной иммерсии (или, реже, в условиях погружения в воду.) со слоем иммерсионного масла, контактирующим как с предметным стеклом / покровным стеклом, так и с линзой конденсора. Масляный иммерсионный конденсатор обычно может иметь числовую апертуру до 1,25. Без этого масляного слоя не только не будет реализована максимальная числовая апертура, но и конденсатор не сможет точно сфокусировать свет на объекте. Конденсаторы с числовой апертурой 0,95 или меньше предназначены для использования без масла или другой жидкости на верхней линзе и называются сухими конденсаторами. Двойные сухие / иммерсионные конденсаторы - это в основном масляные иммерсионные конденсаторы, которые, тем не менее, могут фокусировать свет с той же степенью точности даже без масла между верхней линзой и предметным стеклом.
Ссылки [ править ]
- ^ Королевское микроскопическое общество, "Журнал Королевского микроскопического общества", Уильямс и Норгейт, Лондон (1882), стр. 411-2
- ^ Chamot, Е. М., "Элементарная химическая микроскопия", John Wiley и Sons, Лондон (1916), с.36
- ^ «Эволюция микроскопа». Брэдбери. S, Pergamon Press, (1967)
Библиография [ править ]
- Общий
- «Конденсатор Аббе» , Photonics Dictionary (сокращенное онлайн-издание), Pittsfield MA: Laurin Publishing, 2006.
- «Аббат, Эрнст» , Британская энциклопедия .
- «Глоссарий микроскопических терминов» , Microbus (веб-сайт), 2003.
- «Анатомия микроскопа: конденсатор субстрата» Мортимера Абрамовица и Майкла У. Дэвидсона, Ресурсный центр по микроскопии Olympus , 2006.
Внешние ссылки [ править ]
- «Анатомия микроскопа: конденсатор субстрата» Мортимера Абрамовица и Майкла У. Дэвидсона, Молекулярные выражения . (Немного отличается от версии, найденной на сайте Olympus.)
- "The Condenser" Пола Джеймса, Micscape Magazine (онлайн-публикация), февраль 2002 г.
