Az alsófoki kondenzátorok

Az alsófoki kondenzátor összegyűjti a mikroszkóp fényforrásából érkező fényt, és olyan fénykúppá koncentrálja, amely a teljes látómezőben egyenletes intenzitással világítja meg a mintát. Kritikus fontosságú, hogy a kondenzátor fénykúpja megfelelően legyen beállítva, hogy optimalizálja az objektív elülső lencséjébe belépő fény intenzitását és szögét. Minden egyes objektívváltáskor el kell végezni a megfelelő beállítást az alfázisú kondenzátoron, hogy az új objektív numerikus apertúrájának megfelelő fénykúpot biztosítson.

Az 1. ábra egy egyszerű kétlencsés Abbe-kondenzort szemléltet. Ezen az ábrán a mikroszkóp megvilágító forrásából származó fény áthalad a kondenzátor apertúramembránján, amely a kondenzátor alján található, és a belső lencsetagok koncentrálják, majd minden azimutból párhuzamos kötegekben vetítik a fényt a mintadarabra. A fénykúp méretét és numerikus apertúráját az apertúramembrán beállításával határozzuk meg. Miután áthaladt a mintán (a mikroszkóp tárgylemezén), a fény egy fordított kúppá oszlik szét, amelynek megfelelő szöge van ahhoz, hogy kitöltse az objektív elülső lencséjét.

A rekesz beállítása és a kondenzátor megfelelő fókuszálása döntő fontosságú az objektívben rejlő lehetőségek teljes kihasználásában. Különösen az állítható rekesznyílású (a kondenzátorba beépített vagy közvetlenül alatta lévő) íriszmembrán megfelelő használata a legfontosabb a megfelelő megvilágítás, kontraszt és mélységélesség biztosítása szempontjából. Ennek az íriszmembránnak a nyitása és zárása szabályozza a megvilágító sugarak szögét (és így a rekesznyílást), amelyek áthaladnak a kondenzátoron, a mintán, majd az objektívbe. A látogatókat meghívjuk, hogy a kondenzátor numerikus apertúráját vizsgáló interaktív Java oktatóprogramunkban felfedezzék, hogyan befolyásolja a kondenzátor apertúrájának változtatása a megvilágítási kúpot. A kondenzátor magasságát egy fogasléces fogaskerékrendszer szabályozza, amely lehetővé teszi a kondenzátor fókuszának beállítását a minta megfelelő megvilágítása érdekében. A kondenzátor helyes elhelyezése a megvilágítási kúphoz és a fókuszhoz viszonyítva kritikus fontosságú a kvantitatív mikroszkópia és az optimális mikrofényképezés szempontjából.

Gondoskodni kell arról, hogy a kondenzátor nyílása az objektív numerikus apertúrájához viszonyítva a megfelelő pozícióba legyen nyitva. Ha a kondenzátor apertúramembránja túl szélesre van nyitva, a mintáról érkező ferde fénysugarak megtörése által keltett szórt fény káprázást okozhat, és csökkentheti az általános kontrasztot. Másrészt, ha a rekesznyílás túl kicsi, a megvilágítási kúp nem elegendő a megfelelő felbontáshoz, és a kép torzul a mintáról származó fénytörés és diffrakció miatt. A látogatók felfedezhetik ezeket a jelenségeket az interaktív Kondenzátor apertúra Java oktatóprogramunkkal, amely bemutatja a kondenzátor apertúra pozíciójának hatását a minta megvilágítására.

A kondenzátorokat rendeltetésük szerint (pl.: fénymező, sötétmező, fáziskontraszt stb.), valamint az optikai korrekció mértéke szerint is osztályozzák. Az optikai aberrációk korrekciója szempontjából a kondenzátoroknak négy alapvető típusa létezik, amelyeket az 1. táblázat sorol fel.

A legegyszerűbb és legkevésbé korrigált (egyben a legolcsóbb) kondenzátor az Abbe-kondenzor, amelynek numerikus apertúrája akár 1 is lehet.4 a három vagy több belső lencsetaggal rendelkező csúcskategóriás modellekben. Bár az Abbe-kondenzor képes a fényes fény átvitelére, sem a kromatikus, sem a szférikus optikai aberrációkra nincs korrigálva. Egy tipikus Abbe-kondenzort a 2. ábra szemlélteti. Legegyszerűbb formájában az Abbe-kondenzor két optikai lencsetagból áll, amelyek a megvilágított mezőmembránról nem éles, a széleken kék és vörös színnel körülvett képet adnak.

Az optikai korrekció hiánya miatt az Abbe-kondenzor elsősorban rutinszerű megfigyelésre alkalmas, szerény numerikus apertúrájú és nagyítású objektívekkel. Az Abbe-kondenzor elsődleges előnye a széles megvilágítási kúp, amelyet a kondenzátor képes létrehozni, valamint a nagy munkatávolságú objektívekkel való munkavégzés képessége. A legtöbb mikroszkópot a gyártó alapértelmezés szerint Abbe-kondenzátorral szállítja, és ezek a kondenzátorok a rutin laboratóriumi használat igazi munkagépei.

A kondenzorkorrekció következő szintje az aplanatikus és az akromatikus kondenzátorok között oszlik meg, amelyek kizárólag a szférikus (aplanatikus) vagy a kromatikus (akromatikus) optikai aberrációkat korrigálják. E kondenzátorok tipikus példáit a 3. ábra (achromatikus) és a 4. ábra (aplanatikus) szemlélteti. Az akromatikus kondenzátorok általában három-négy lencsetagot tartalmaznak, és két hullámhosszon (vörös és kék) korrigálják a kromatikus aberrációt.

A 3. ábrán látható akromatikus kondenzátor négy lencsetagot tartalmaz, és 0,95 numerikus apertúrával rendelkezik, ami a legnagyobb elérhető érték, ami nem igényel merülőolajat. Ez a kondenzátor hasznos mind a rutinszerű, mind a kritikus laboratóriumi vizsgálatokhoz “száraz” objektívekkel, valamint fekete-fehér vagy színes mikrofényképezéshez.

Az alfázisú kondenzátorok kiválasztásánál kritikus tényező az a numerikus apertúra teljesítmény, amely az objektívekhez megfelelő megvilágítási kúp biztosításához szükséges. A kondenzátor numerikus apertúrájának meg kell egyeznie a legnagyobb objektív numerikus apertúrájával, vagy annál valamivel kisebbnek kell lennie. Ha tehát a legnagyobb nagyítású objektív egy olajmembrános objektív, amelynek numerikus apertúrája 1,40, akkor a legnagyobb rendszerfelbontás fenntartása érdekében az alfázisú kondenzátornak is ekvivalens numerikus apertúrával kell rendelkeznie. Ebben az esetben a kívánt numerikus apertúra (1,40) és felbontás eléréséhez merülőolajat kell alkalmazni a kondenzátor felső lencséje és a mikroszkóp tárgylemez alja között. Ha nem használunk olajat, a rendszer legnagyobb numerikus apertúrája 1,0-ra korlátozódik, ami a levegővel mint képalkotó közeggel elérhető legnagyobb érték.

A planatikus kondenzátorok jól korrigálják a szférikus aberrációt (zöld hullámhosszak), de a kromatikus aberrációt nem. Egy tipikus aplanatikus kondenzort 1,40-es numerikus apertúrával a 4. ábra szemlélteti. Ez a kondenzátor öt lencsetaggal rendelkezik, és képes a fényt egyetlen síkban fókuszálni. Az aplanatikus kondenzátorok kiváló fekete-fehér mikroszkópos felvételek készítésére alkalmasak, ha lézerforrással vagy interferenciaszűrővel, volfrám-halogén megvilágítással előállított zöld fényt használnak.

Az optikai aberráció legmagasabb szintű korrekcióját az aplanatikus-akromatikus kondenzátor tartalmazza. Ez a kondenzátor mind a kromatikus, mind a szférikus aberrációra jól korrigált, és a fehér fénnyel történő kritikus színes mikroszkópiás fotográfiához a legmegfelelőbb kondenzátor. Egy tipikus aplanatikus-akromatikus kondenzort az 5. ábra szemlélteti (numerikus apertúra = 1,35). Ez a kondenzátor nyolc belső lencsetaggal rendelkezik, amelyek két kettős és négy szimpla lencsébe vannak bebetonozva.

A kondenzátor házán található vésetek tartalmazzák a típusát (akromatikus, aplanatikus stb.), a numerikus apertúrát és egy fokozatos skálát, amely a rekeszmembrán hozzávetőleges beállítását (méretét) jelzi. Mint fentebb említettük, a 0,95 feletti numerikus apertúrájú kondenzátorok akkor teljesítenek a legjobban, ha a felső lencsére egy csepp olajat cseppentünk, amely érintkezik a tárgylemez alsó felületével. Ez biztosítja, hogy a kondenzátorból kiinduló ferde fénysugarak nem verődnek vissza a tárgylemez aljáról, hanem a mintadarabba irányulnak. A gyakorlatban ez fárasztóvá válhat, és a rutin mikroszkópia során nem szokták elvégezni, de nagy felbontású munkáknál és a nagy teljesítményű (és numerikus apertúrájú) objektívekkel végzett pontos fotómikrográfiához elengedhetetlen.

Egy másik fontos szempont a mikroszkóp tárgylemez vastagsága, amely a kondenzátor szempontjából ugyanolyan fontos, mint a fedőlemez vastagsága az objektív szempontjából. A legtöbb kereskedelmi gyártó 0,95 és 1,20 mm közötti vastagságú tárgylemezeket kínál, amelyek közül a leggyakoribbak nagyon közel vannak az 1,0 mm-hez. Az 1,20 mm vastagságú tárgylemez túl vastag ahhoz, hogy a legtöbb nagy numerikus apertúrájú kondenzátorral használható legyen, amelyeknek általában nagyon rövid a munkatávolságuk. Bár ez a rutinszerű minta-megfigyelésnél nem sokat számít, a precíziós mikrofényképezésnél az eredmények pusztítóak lehetnek. Javasoljuk, hogy 1,0 ± 0,05 mm vastagságú mikroszkóplemezeket válasszunk, és használat előtt alaposan tisztítsuk meg őket.

Az objektív cseréjekor, például 10X-ről 20X-re, a kondenzátor apertúramembránját is be kell állítani, hogy az új objektív numerikus apertúrájának megfelelő új fénykúpot kapjon. Ez a 2-6. ábrán bemutatott kondenzátorokon található görgős gomb elforgatásával történik. Ezen a gombon egy kis sárga nyíl vagy indexjel található, amely jelzi az apertúra relatív méretét a kondenzátor házán lévő lineáris gradációhoz képest. Sok gyártó úgy szinkronizálja ezt a fokozatot, hogy az megfeleljen a kondenzátor hozzávetőleges numerikus apertúrájának. Például, ha a mikroszkópos szakember egy 10X objektívet választott 0,25-ös numerikus apertúrával, akkor a nyíl a 0,18-0,20-as érték (az objektív numerikus apertúrájának körülbelül 80 százaléka) mellett helyezkedik el a kondenzátor házára felírt gradáción.

Gyakran nem praktikus egyetlen kondenzort használni az objektívek teljes tartományával (2X-től 100X-ig), mivel az objektívek numerikus apertúráihoz illeszkedő fénykúpok széles skáláját kell előállítani. A 2X-5X tartományba tartozó kis teljesítményű objektíveknél a megvilágítási kúp átmérője 6-10 mm között van, míg a nagy teljesítményű objektíveknél (60X-100X) csak kb. 0,2-0,4 mm átmérőjű, erősen fókuszált fénykúpra van szükség. Fix fókusztávolság mellett nehéz egyetlen kondenzátorral elérni ezt a széles megvilágítási kúptartományt.

A gyakorlatban ez a probléma többféleképpen is megoldható. Kis fényerejű objektíveknél (10x alatt) szükség lehet a kondenzátor felső lencséjének kicsavarására, hogy a látómezőt fénnyel töltsük ki. Egyes kondenzátorok felső lencséje felhajtható, hogy ez könnyebben megvalósítható legyen, amint azt a 6. ábra szemlélteti. Sok gyártó ma már olyan kondenzort gyárt, amely kis teljesítményű objektívekkel való használat esetén teljesen átfordítható. Más cégek kiegészítő korrekciós lencséket építenek be a fényútba a megfelelő megvilágítás biztosítására 10x-nél kisebb objektívek esetén. Amikor a kondenzort a felső lencse nélkül használják, az apertúra íriszmembránja szélesre van nyitva, és a mezőmezőmembrán, amely most az objektív hátulján látható, úgy szolgál, mintha az lenne a rekeszmembrán. A Flip-top kondenzátorokat különböző konfigurációkban gyártják 0,65 és 1,35 közötti numerikus apertúrával. Azokat a kondenzátorokat, amelyek numerikus apertúra értéke 0,95 vagy annál kisebb, “száraz” objektívekkel való használatra szánják. A 0,95-nél nagyobb numerikus apertúrájú flip-top kondenzátorokat azonban olaj-immersziós objektívekkel való használatra szánják, és kritikus minták vizsgálatakor egy csepp olajat kell elhelyezni a mikroszkóplemez alja és a kondenzátor felső lencséje közé.

A fent tárgyalt általános fénymező kondenzátorokon kívül számos speciális modell létezik, amelyek sokféle alkalmazásra alkalmasak. A 2. táblázat számos különböző kondenzátor-konfigurációt és a tervezett alkalmazásokat sorolja fel.

A 2. táblázat adataiból nyilvánvaló, hogy a szubsztag kondenzátorok nagymértékben felcserélhetők a különböző alkalmazások között. Például a DIC univerzális akromát/aplanát kondenzátor az elsődleges DIC alkalmazás mellett fénymezőben, sötétmezőben és fáziskontrasztban is használható. Más kondenzátorok is hasonlóan cserélhetők. A módosított kondenzátorokat igénylő egyes technikák különböző szempontjaival a Speciális mikroszkópiai technikák című fejezetben foglalkozunk. Kérjük, látogasson el bátran honlapunk ezen érdekes részébe, ha további konkrét információkat szeretne kapni az alulfázisú kondenzátorokról.