Конденсор — это оптическая линза , которая преобразует расходящийся световой луч от точечного источника света в параллельный или сходящийся луч для освещения объекта, изображение которого необходимо получить.
Конденсоры являются неотъемлемой частью любого устройства формирования изображений, например, микроскопов , увеличителей , проекторов слайдов и телескопов. Эта концепция применима ко всем видам излучения, подвергающегося оптической трансформации, например, к электронам в электронной микроскопии , нейтронному излучению и оптике синхротронного излучения.
Конденсоры располагаются над источником света и под образцом в прямом микроскопе, а также над предметным столиком и под источником света в инвертированном микроскопе . Они собирают свет от источника света микроскопа и концентрируют его в конус света, который освещает образец. Апертура и угол конуса света должны быть отрегулированы (с помощью размера диафрагмы) для каждого отдельного объектива с различными числовыми апертурами.
Конденсоры обычно состоят из диафрагмы с переменной апертурой и одной или нескольких линз. Свет от источника освещения микроскопа проходит через диафрагму и фокусируется линзой(ами) на образец. После прохождения через образец свет расходится в перевернутый конус, заполняя переднюю линзу объектива.
Существует три основных типа конденсоров микроскопов:
Конденсор Аббе назван в честь своего изобретателя Эрнста Аббе , который разработал его в 1870 году. Конденсор Аббе, который изначально был разработан для Zeiss, устанавливается под предметным столиком микроскопа. Конденсор концентрирует и контролирует свет, который проходит через образец перед попаданием в объектив. Он имеет два элемента управления, один из которых перемещает конденсор Аббе ближе или дальше от предметного столика, а другой — ирисовую диафрагму , которая контролирует диаметр светового пучка. Элементы управления можно использовать для оптимизации яркости, равномерности освещения и контрастности. Конденсоры Аббе трудно использовать для увеличений выше 400X, поскольку апланатический конус представляет только числовую апертуру (NA) 0,6.
Этот конденсор состоит из двух линз, плосковыпуклой линзы, которая немного больше полусферы, и большой двояковыпуклой линзы, служащей собирающей линзой для первой. Фокус первой линзы традиционно находится на расстоянии около 2 мм от плоской грани, совпадающей с плоскостью образца. Для выравнивания оптической оси конденсора с осью микроскопа можно использовать колпачок с отверстием. Конденсор Аббе по-прежнему является основой большинства современных конструкций конденсоров световых микроскопов, хотя его оптические характеристики и плохие. [1] [2] [3]
Апланатический конденсор корректирует сферическую аберрацию в концентрированном световом потоке, в то время как ахроматический составной конденсор корректирует как сферическую, так и хроматическую аберрацию .
Установки темного поля и фазового контраста основаны на конденсоре Аббе, апланатическом или ахроматическом, но к световому пути добавляются диафрагма темного поля или фазовые кольца различных размеров. Эти дополнительные элементы размещаются по-разному. В большинстве современных микроскопов (примерно 1990-х годов–) такие элементы размещаются в слайдерах, которые вставляются в щель между осветителем и линзой конденсора. Во многих старых микроскопах эти элементы размещаются в конденсоре турельного типа, эти элементы размещаются в турели под линзой конденсора и поворачиваются на место.
Специализированные конденсоры также используются в системах дифференциального интерференционного контраста и модуляционного контраста Хоффмана , которые направлены на улучшение контрастности и видимости прозрачных образцов.
В эпифлуоресцентной микроскопии объектив действует не только как увеличитель для света, излучаемого флуоресцентным объектом, но и как конденсор для падающего света .
Конденсор Арлоу-Аббе — это модифицированный конденсор Аббе, который заменяет ирисовую диафрагму, держатель фильтра, лампу и ламповую оптику на небольшой OLED или LCD цифровой дисплей. Дисплейный блок позволяет использовать цифровые синтезированные фильтры для темного поля, Рейнберга, косого и динамического (постоянно меняющегося) освещения под прямым компьютерным управлением. Устройство было впервые описано доктором Джимом Арлоу в журнале Microbe Hunter, выпуск 48.
Как и объективы, конденсоры различаются по своей числовой апертуре (NA). Именно NA определяет оптическое разрешение в сочетании с NA объектива. Различные конденсоры различаются по своей максимальной и минимальной числовой апертуре, а числовая апертура одного конденсора различается в зависимости от настройки диаметра апертуры конденсора . Для того чтобы реализовать максимальную числовую апертуру (и, следовательно, разрешение) объектива, числовая апертура конденсора должна соответствовать числовой апертуре используемого объектива. Метод, наиболее часто используемый в микроскопии для оптимизации светового пути между конденсором (и другими компонентами освещения микроскопа) и объективом, известен как освещение по Кёлеру .
Максимальная числовая апертура ограничена показателем преломления среды между линзой и образцом. Как и в случае с объективами, конденсорная линза с максимальной числовой апертурой более 0,95 предназначена для использования в условиях масляной иммерсии (или, реже, в условиях водной иммерсии) со слоем иммерсионного масла, помещенным в контакт как со слайдом/покровным стеклом, так и с линзой конденсора. Масляный иммерсионный конденсор обычно может иметь числовую апертуру до 1,25. Без этого масляного слоя не только не реализуется максимальная числовая апертура, но и конденсор не сможет точно фокусировать свет на объекте. Конденсоры с числовой апертурой 0,95 или меньше предназначены для использования без масла или другой жидкости на верхней линзе и называются сухими конденсорами. Двойные сухие/иммерсионные конденсоры по сути являются масляными иммерсионными конденсорами, которые тем не менее могут фокусировать свет с той же степенью точности даже без масла между верхней линзой и слайдом.
Первые простые конденсоры были введены в доахроматических микроскопах в 17 веке. Роберт Гук использовал комбинацию заполненного соленой водой шара и плосковыпуклой линзы и показывает в « Микрографии », что он понимает причины ее эффективности. Производители в 18 веке, такие как Бенджамин Мартин, Адамс и Джонс, понимали преимущество конденсации площади источника света до площади объекта на предметном столике. Это была простая плосковыпуклая или двояковыпуклая линза, а иногда и комбинация линз. С разработкой современного ахроматического объектива в 1829 году Джозефом Джексоном Листером потребность в более совершенных конденсорах стала все более очевидной. К 1837 году использование ахроматического конденсора 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 линейчатые решетки Нобера . К концу 1840-х годов английские производители, такие как Росс, Пауэлл и Смит, могли поставлять высококорректированные конденсоры на своих лучших подставках с надлежащим центрированием и фокусировкой. Ошибочно утверждается, что эти разработки были чисто эмпирическими — никто не может спроектировать хороший ахроматический, сферически скорректированный конденсор, полагаясь только на эмпирию. [ необходима цитата ] На континенте, в Германии, скорректированный конденсор не считался ни полезным, ни необходимым, в основном из-за непонимания основных оптических принципов. Таким образом, ведущая немецкая компания Carl Zeiss в Йене не предлагала ничего, кроме очень плохого хроматического конденсора до конца 1870-х годов. Французские производители, такие как Nachet, поставляли превосходные ахроматические конденсоры на своих подставках. Когда ведущий немецкий бактериолог Роберт Кох пожаловался Эрнсту Аббе на то, что ему пришлось купить ахроматический конденсор Зайберта для своего микроскопа Цейсса, чтобы делать удовлетворительные фотографии бактерий, в 1878 году Аббе создал очень хорошую ахроматическую конструкцию.
