Underpunktskondensatorer

Underpunktskondensatoren samler lyset fra mikroskopets lyskilde og koncentrerer det til en lyskegle, der belyser prøven med ensartet intensitet over hele synsfeltet. Det er afgørende, at kondensatorens lyskegle er korrekt justeret for at optimere intensiteten og vinklen af det lys, der kommer ind i objektivets frontlinse. Hver gang et objektiv udskiftes, skal der foretages en tilsvarende justering af underpunktskondensoren for at opnå den korrekte lyskegle for det nye objektivs numeriske åbning.

En simpel Abbe-kondensor med to linser er vist i figur 1. I denne figur passerer lyset fra mikroskopets belysningskilde gennem kondensatorens aperturblænde, der er placeret i kondensatorens bund, og koncentreres af de interne linseelementer, som derefter projicerer lyset gennem prøven i parallelle bundter fra hver azimut. Størrelsen og den numeriske åbning af lyskeglen bestemmes ved justering af blændeblænden. Efter at have passeret gennem prøven (på objektglasset) divergerer lyset i en omvendt kegle med den rette vinkel til at fylde objektivets frontlinse.

Apparatjustering og korrekt fokusering af kondensoren er af afgørende betydning for at realisere objektivets fulde potentiale. Specielt er korrekt brug af den justerbare blænde med justerbar blændeåbning (indbygget i kondensoren eller lige under den) vigtigst for at sikre korrekt belysning, kontrast og dybdeskarphed. Åbning og lukning af denne irisblænde styrer vinklen på de belysningsstråler (og dermed blænden), der passerer gennem kondensoren, gennem prøven og derefter ind i objektivet. De besøgende opfordres til at udforske, hvordan ændring af kondensorblændeåbningen påvirker belysningskeglen i vores interaktive Java-tutorial, der udforsker kondensorens numeriske blændeåbning. Kondensorhøjden styres af et tandhjulssystem med tandhjul, der gør det muligt at justere kondensorens fokus for at opnå korrekt belysning af prøven. Korrekt placering af kondensatoren i forhold til belysningskeglen og fokus er afgørende for kvantitativ mikroskopi og optimal fotomikrografi.

Det skal sikres, at kondensatoråbningen er åbnet til den korrekte position i forhold til objektivets numeriske åbning. Når kondensatoråbningsblænden er åbnet for bredt, kan strejelys, der opstår ved brydning af skrå lysstråler fra prøven, forårsage blænding og sænke den samlede kontrast. På den anden side, når blændeåbningen er for lille, er belysningskeglen utilstrækkelig til at give tilstrækkelig opløsning, og billedet forvrænges på grund af refraktion og diffraktion fra prøven. Besøgende kan udforske disse fænomener med vores interaktive Java-vejledning om kondensatorblænde, der viser effekten af kondensatorblændens placering på belysningen af prøven.

Kondensatorer er opdelt i klassifikationer efter formål (f.eks.: brightfield, darkfield, fasekontrast osv.) og også efter deres grad af optisk korrektion. Der findes fire hovedtyper af kondensatorer med hensyn til korrektion af optiske aberrationer, som anført i tabel 1.

Den enkleste og mindst korrigerede (også den billigste) kondensor er Abbe-kondensoren, der kan have en numerisk blænde på op til 1.4 i high-end modeller med tre eller flere interne linseelementer. Selv om Abbe-kondensoren er i stand til at lade skarpt lys passere, er den ikke korrigeret for hverken kromatiske eller sfæriske optiske aberrationer. En typisk Abbe-kondensor er illustreret i figur 2. I sin enkleste form har Abbe-kondensoren to optiske linseelementer, der giver et billede af den belyste feltblænde, som ikke er skarpt og er omgivet af blå og rød farve i kanterne.

Som følge af den manglende optiske korrektion egner Abbe-kondensoren sig hovedsagelig til rutineobservation med objektiver med beskeden numerisk åbning og forstørrelse. De primære fordele ved Abbe-kondensoren er den brede belysningskegle, som kondensoren er i stand til at frembringe, samt dens evne til at arbejde med objektiver med lang arbejdsafstand. De fleste mikroskoper leveres af producenten med en Abbe-kondensor som standard, og disse kondensorer er virkelige arbejdsheste til rutinemæssig laboratoriebrug.

Det næste niveau af kondensorkorrektion er opdelt mellem aplanatiske og achromatiske kondensorer, der udelukkende korrigeres for enten sfæriske (aplanatiske) eller kromatiske (achromatiske) optiske aberrationer. Typiske eksempler på disse kondensatorer er illustreret i figur 3 (achromatisk) og figur 4 (aplanatisk). Achromatiske kondensatorer indeholder normalt tre til fire linseelementer og er korrigeret i to bølgelængder (rød og blå) for kromatisk aberration.

Den achromatiske kondensator, der er illustreret i figur 3, indeholder fire linseelementer og har en numerisk åbning på 0,95, den højeste, der kan opnås uden brug af immersionsolie. Denne kondensor er anvendelig til både rutine- og kritiske laboratorieanalyser med “tørre” objektiver og også til sort/hvid- eller farvefotomikrografi.

En kritisk faktor ved valg af substage-kondensorer er den numeriske apertur, der vil være nødvendig for at give en belysningskegle, der er passende til objektiverne. Den numeriske apertur i kondensoren bør være lig med eller lidt mindre end den højeste numeriske apertur i objektivet. Hvis det objektiv med den højeste forstørrelse er et oliedykkerobjektiv med en numerisk åbning på 1,40, bør underkondensoren derfor også have en tilsvarende numerisk åbning for at opretholde den højeste systemopløsning. I dette tilfælde skal der påføres immersionsolie mellem kondensatorens øverste linse og undersiden af objektglasset for at opnå den tilsigtede numeriske apertur (1,40) og opløsning. Hvis der ikke anvendes olie, vil systemets højeste numeriske apertur være begrænset til 1,0, hvilket er den højeste, der kan opnås med luft som billedmedium.

Aplanatiske kondensorer er godt korrigeret for sfærisk aberration (grønne bølgelængder), men ikke for kromatisk aberration. En typisk aplanatisk kondensor med en numerisk åbning på 1,40 er illustreret i figur 4. Denne kondensor har fem linseelementer og er i stand til at fokusere lyset i et enkelt plan. Aplanatiske kondensatorer er i stand til at producere fremragende sort/hvid-fotomikrografer, når de anvendes med grønt lys, der genereres enten af en laserkilde eller ved brug af et interferensfilter med wolfram-halogenbelysning.

Det højeste niveau af korrektion for optisk aberration er indbygget i den aplanatisk-akromatiske kondensator. Denne kondensor er godt korrigeret for både kromatiske og sfæriske aberrationer og er den foretrukne kondensor til brug ved kritisk farvefotomikrografi med hvidt lys. En typisk aplanatisk-akromatisk kondensor er illustreret i figur 5 (numerisk åbning = 1,35). Denne kondensor har otte interne linseelementer, der er cementeret i to doubletter og fire enkeltlinser.

Graveringer, der findes på kondensorhuset, omfatter dens type (achromatisk, aplanatisk osv.), den numeriske blænde og en gradueret skala, der angiver den omtrentlige justering (størrelse) af blændeåbningsblænden. Som nævnt ovenfor fungerer kondensatorer med numerisk blænde på over 0,95 bedst, når der påføres en dråbe olie på deres øverste linse i kontakt med undersiden af objektglasset. Dette sikrer, at de skrå lysstråler, der udgår fra kondensatoren, ikke reflekteres fra undersiden af objektglasset, men ledes ind i prøven. I praksis kan dette blive besværligt og foretages ikke almindeligvis i rutinemikroskopi, men det er vigtigt, når der arbejdes ved høje opløsninger og til nøjagtig fotomikrografi ved brug af objektiver med høj effekt (og numerisk åbning).

En anden vigtig overvejelse er tykkelsen af objektglasset, som er lige så afgørende for kondensoren som dækglassets tykkelse er for objektivet. De fleste kommercielle producenter tilbyder objektglas med en tykkelse på mellem 0,95 og 1,20 mm, hvoraf de mest almindelige ligger meget tæt på 1,0 mm. Et objektglas med en tykkelse på 1,20 mm er for tykt til at kunne anvendes med de fleste kondensatorer med høj numerisk åbning, der har en tendens til at have en meget kort arbejdsafstand. Selv om dette ikke har stor betydning for rutinemæssig observation af prøver, kan resultaterne være ødelæggende i forbindelse med præcisionsfotomikrografi. Vi anbefaler, at der vælges mikroskopglas med en tykkelse på 1,0 ± 0,05 mm, og at de rengøres grundigt før brug.

Når objektivet skiftes, f.eks. fra 10X til 20X, skal kondensorens aperturblænde også justeres for at give en ny lyskegle, der passer til den numeriske åbning på det nye objektiv. Dette gøres ved at dreje på den riflede drejeknap på de kondensatorer, der er illustreret i figur 2-6. Der er en lille gul pil eller et indeksmærke på denne drejeknap, som angiver den relative størrelse af blænden i forhold til den lineære graduering på kondensatorhuset. Mange fabrikanter synkroniserer denne graduering til at svare til kondensatorens omtrentlige numeriske åbning. Hvis mikroskopisten f.eks. har valgt et 10X-objektiv med en numerisk åbning på 0,25, vil pilen blive placeret ved siden af værdien 0,18-0,20 (ca. 80 % af objektivets numeriske åbning) på den graduering, der er indskrevet på kondensatorhuset.

Ofte er det ikke praktisk muligt at anvende en enkelt kondensor med et helt område af objektiver (2X til 100X) på grund af det brede spektrum af lyskegler, der skal fremstilles for at matche objektivets numeriske aperture. Med lav-effektobjektiver i intervallet 2X til 5X vil belysningskeglen have en diameter på mellem 6-10 mm, mens høj-effektobjektiverne (60X til 100X) har brug for en stærkt fokuseret lyskegle med en diameter på kun ca. 0,2-0,4 mm. Med en fast brændvidde er det vanskeligt at opnå dette brede spektrum af belysningskegler med en enkelt kondensor.

I praksis kan dette problem løses på flere måder. For objektiver med lav effekt (under 10x) kan det være nødvendigt at skrue kondensorens øverste linse af for at fylde synsfeltet med lys. Nogle kondensatorer fremstilles med en øverste flip-top-linse for at gøre dette lettere, som illustreret i figur 6. Mange fabrikanter fremstiller nu en kondensor, der kan klappes helt om, når den anvendes med objektiver med lav effekt. Andre firmaer kan indbygge ekstra korrektionslinser i lysvejen for at sikre korrekt belysning med objektiver på mindre end 10x. Når kondensoren anvendes uden den øverste linse, åbnes aperturblænden vidt, og feltblænden, der nu er synlig bag på objektivet, fungerer som om den var aperturblænden. Flip-top-kondensatorer fremstilles i en række forskellige konfigurationer med numerisk blændeåbning fra 0,65 til 1,35. De kondensatorer, der har en numerisk apertur på 0,95 eller mindre, er beregnet til brug med “tørre” objektiver. Flip-top-kondensatorer, der har en numerisk apertur på over 0,95, er imidlertid beregnet til brug med oliedimmersionsobjektiver, og der skal anbringes en dråbe olie mellem bunden af objektglasset og kondensatorens øverste linse, når kritiske prøver undersøges.

Ud over de almindelige brightfield-kondensatorer, der er omtalt ovenfor, findes der en lang række specialiserede modeller, der egner sig til mange forskellige anvendelser. Tabel 2 indeholder en liste over en række forskellige kondensatorkonfigurationer og de tilsigtede anvendelser.

Fra dataene i tabel 2 er det tydeligt, at substage-kondensatorer har en stor udskiftelighed mellem forskellige anvendelser. F.eks. er den universelle DIC-akromat/aplanatkondensor anvendelig til brightfield, darkfield og fasekontrast ud over den primære DIC-anvendelse. Andre kondensatorer har lignende udskiftningsmuligheder. Vi vil behandle forskellige aspekter af individuelle teknikker, der kræver modificerede kondensatorer, i vores afsnit om specialiserede mikroskopiteknikker. Du er velkommen til at besøge denne interessante del af vores websted for at få mere specifikke oplysninger om substage kondensatorer.