Конденсор — это оптическая линза , которая преобразует расходящийся луч света от точечного источника света в параллельный или сходящийся луч для освещения отображаемого объекта.
Конденсаторы являются неотъемлемой частью любого устройства обработки изображений, такого как микроскопы , увеличители , слайд-проекторы и телескопы. Эта концепция применима ко всем видам излучения, претерпевающим оптическое преобразование, например к электронам в электронной микроскопии , нейтронному излучению и оптике синхротронного излучения.
Конденсаторы расположены над источником света и под образцом в прямом микроскопе, а также над столиком и под источником света в инвертированном микроскопе . Они собирают свет от источника света микроскопа и концентрируют его в световой конус, освещающий образец. Апертуру и угол светового конуса необходимо регулировать (по размеру диафрагмы) для каждого объектива с различной числовой апертурой.
Конденсоры обычно состоят из диафрагмы с регулируемой апертурой и одной или нескольких линз. Свет от источника освещения микроскопа проходит через диафрагму и фокусируется линзой(ами) на образец. После прохождения образца свет расходится в перевернутый конус и заполняет переднюю линзу объектива.
Существует три основных типа конденсора микроскопа:
Конденсатор Аббе назван в честь своего изобретателя Эрнста Аббе , который разработал его в 1870 году. Конденсатор Аббе, первоначально разработанный для компании Zeiss, устанавливается под предметным столиком микроскопа. Конденсор концентрирует и контролирует свет, проходящий через образец до попадания в объектив. Он имеет два элемента управления: один перемещает конденсор Аббе ближе к сцене или дальше от нее, а другой — ирисовую диафрагму , которая регулирует диаметр луча света. С помощью элементов управления можно оптимизировать яркость, равномерность освещения и контрастность. Конденсоры Аббе трудно использовать для увеличения более 400 раз, поскольку апланатический конус соответствует только числовой апертуре (NA) 0,6.
Этот конденсор состоит из двух линз: плоско-выпуклой линзы размером несколько больше полусферы и большой двояковыпуклой линзы, служащей первой собирающей линзой. Фокус первой линзы традиционно находится на расстоянии около 2 мм от плоской грани, совпадающей с плоскостью образца. Крышку с точечным отверстием можно использовать для совмещения оптической оси конденсора с оптической осью микроскопа. Конденсор Аббе по-прежнему является основой большинства современных конструкций конденсаторных световых микроскопов, хотя его оптические характеристики неудовлетворительны. [1] [2] [3]
Апланатический конденсор корректирует сферическую аберрацию на пути концентрированного света, а ахроматический составной конденсор корректирует как сферическую, так и хроматическую аберрацию .
Установки темного поля и фазового контраста основаны на Аббе, апланатическом или ахроматическом конденсаторе, но к пути света добавляют диафрагму темного поля или фазовые кольца различного размера. Эти дополнительные элементы размещаются различными способами. В большинстве современных микроскопов (около 1990-х годов) такие элементы размещены в ползунах, которые вставляются в прорезь между осветителем и конденсорной линзой. Многие старые микроскопы содержат эти элементы в конденсоре турельного типа. Эти элементы размещаются в турели под линзой конденсора и поворачиваются на место.
Специализированные конденсаторы также используются в составе систем дифференциального интерференционного контраста и модуляционного контраста Хоффмана , целью которых является улучшение контрастности и видимости прозрачных образцов.
В эпифлуоресцентной микроскопии объектив действует не только как увеличитель света, излучаемого флуоресцентным объектом , но и как конденсор падающего света .
Конденсор Арлоу-Аббе представляет собой модифицированный конденсатор Аббе, в котором ирисовая диафрагма, держатель фильтра, лампа и оптика лампы заменены небольшим цифровым дисплеем OLED или LCD. Блок индикации позволяет использовать цифрово-синтезированные фильтры для темнопольного, Рейнберговского, косого и динамического (постоянно меняющегося) освещения под непосредственным управлением компьютера. Устройство было впервые описано доктором Джимом Арлоу в журнале Microbe Hunter, выпуск 48.
Как и объективы, конденсоры различаются по своей числовой апертуре (NA). Именно числовая апертура определяет оптическое разрешение в сочетании с числовой апертурой объектива. Различные конденсоры различаются по максимальной и минимальной числовой апертуре, а числовая апертура одного конденсора варьируется в зависимости от настройки диаметра апертуры конденсора . Чтобы реализовать максимальную числовую апертуру (и, следовательно, разрешение) 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 компонентами освещения микроскопа) и объективом, известен как освещение Келера .
Максимальная апертура ограничена показателем преломления среды между линзой и образцом. Как и объективы, конденсорные линзы с максимальной числовой апертурой более 0,95 предназначены для использования в условиях масляной иммерсии (или, реже, в воде), при этом слой иммерсионного масла находится в контакте как с предметным стеклом, так и с покровное стекло и линза конденсора. Масляный иммерсионный конденсатор обычно может иметь NA до 1,25. Без этого масляного слоя не только не будет реализована максимальная числовая апертура, но и конденсор не сможет точно сфокусировать свет на объекте. Конденсоры с числовой апертурой 0,95 или менее предназначены для использования без масла или другой жидкости на верхней линзе и называются сухими конденсорами. Двойные сухие/иммерсионные конденсаторы, по сути, представляют собой масляные иммерсионные конденсаторы, которые, тем не менее, могут фокусировать свет с той же степенью точности даже без масла между верхней линзой и слайдом.
Первые простые конденсаторы появились в преахроматических микроскопах в 17 веке. Роберт Гук использовал комбинацию шара, наполненного соленой водой, и плоско-выпуклой линзы и в « Микрографии » показывает, что понимает причины ее эффективности. Создатели 18 века, такие как Бенджамин Мартин, Адамс и Джонс, понимали преимущество сжатия площади источника света до площади объекта на сцене. Это была простая плоско-выпуклая или двояковыпуклая линза, а иногда и комбинация линз. С разработкой современного ахроматического объектива в 1829 году Джозефом Джексоном Листером потребность в более совершенных конденсаторах стала все более очевидной. К 1837 году использование ахроматического конденсатора было введено во Франции Феликсом Дюжарденом и Шевалье. Английские производители рано подхватили это усовершенствование из-за одержимости разрешением тестовых объектов, таких как диатомовые водоросли и решетки Ноберта . К концу 1840-х годов такие английские производители, как Росс, Пауэлл и Смит; все могут поставить конденсаторы с высокой коррекцией на их лучших стендах, с правильной центровкой и фокусировкой. Ошибочно утверждается, что эти разработки носили чисто эмпирический характер — никто не сможет сконструировать хороший ахроматический сферически-корректированный конденсатор, опираясь только на эмпирику. [ нужна цитата ] На континенте, в Германии, исправленный конденсатор не считался ни полезным, ни необходимым, главным образом из-за непонимания основных оптических принципов. Таким образом, ведущая немецкая компания Carl Zeiss в Йене в конце 1870-х годов не предлагала ничего, кроме очень плохого хроматического конденсатора. 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 цейсовского микроскопа, чтобы делать удовлетворительные фотографии бактерий, Аббе в 1878 году создал очень хорошую ахроматическую конструкцию.
