Substage Condensors

De substage condensor verzamelt het licht van de lichtbron van de microscoop en concentreert het in een lichtkegel die het preparaat verlicht met een uniforme intensiteit over het gehele gezichtsveld. Het is van cruciaal belang dat de lichtkegel van de condensor correct wordt afgesteld om de intensiteit en de hoek van het licht dat de frontlens van het objectief binnenvalt, te optimaliseren. Telkens wanneer een objectief wordt vervangen, moet een overeenkomstige aanpassing worden uitgevoerd op de subfase-condensor om de juiste lichtkegel te verkrijgen voor de numerieke apertuur van het nieuwe objectief.

Een eenvoudige Abbe-condensor met twee lenzen wordt geïllustreerd in figuur 1. In deze figuur gaat het licht van de verlichtingsbron van de microscoop door het diafragma van de condensor, dat zich aan de basis van de condensor bevindt, en wordt geconcentreerd door inwendige lenselementen, die vervolgens vanuit elk azimut het licht in parallelle bundels door het preparaat projecteren. De grootte en de numerieke apertuur van de lichtkegel worden bepaald door aanpassing van het diafragma. Nadat het licht door het preparaat (op het objectglaasje) is gegaan, divergeert het in een omgekeerde kegel met de juiste hoek om de frontlens van het objectief te vullen.

Afstelling van het diafragma en juiste scherpstelling van de condensor zijn van cruciaal belang om het volledige potentieel van het objectief te kunnen benutten. Met name het juiste gebruik van het irisdiafragma met instelbaar diafragma (dat in de condensor of vlak daaronder is ingebouwd) is van groot belang voor een juiste belichting, contrast en scherptediepte. Het openen en sluiten van dit irisdiafragma regelt de hoek van de lichtstralen (en dus het diafragma) die door de condensor, door het preparaat en vervolgens in het objectief vallen. Bezoekers worden uitgenodigd om te onderzoeken hoe het veranderen van de condensoropening de belichtingskegel beïnvloedt in onze interactieve Java tutorial die de numerieke apertuur van de condensor onderzoekt. De hoogte van de condensor wordt geregeld door een tandheugel en rondsel systeem dat het mogelijk maakt de focus van de condensor aan te passen voor een juiste belichting van het preparaat. De juiste plaatsing van de condensor ten opzichte van de belichtingskegel en het brandpunt is van cruciaal belang voor kwantitatieve microscopie en optimale fotomicrografie.

Zorg ervoor dat het diafragma van de condensor op de juiste plaats wordt geopend ten opzichte van de numerieke apertuur van het objectief. Wanneer het diafragma van de condensor te wijd geopend is, kan strooilicht, dat ontstaat door breking van schuine lichtstralen van het preparaat, schittering veroorzaken en het totale contrast verlagen. Anderzijds, wanneer het diafragma te klein is gemaakt, is de verlichtingskegel onvoldoende om een adequate resolutie te verkrijgen en wordt het beeld vervormd als gevolg van breking en diffractie van het preparaat. Bezoekers kunnen deze fenomenen onderzoeken met onze Interactieve Condensor Aperture Java Tutorial die het effect van de positie van de condensoropening op de belichting van het preparaat laat zien.

Condensers zijn onderverdeeld in classificaties naar doel (b.v.: helderveld, donkerveld, fasecontrast, enz.), en ook volgens hun graad van optische correctie. Er zijn vier hoofdtypen condensors met betrekking tot de correctie van optische aberraties, zoals vermeld in tabel 1.

De eenvoudigste en minst gecorrigeerde (ook de minst dure) condensor is de Abbe-condensor die een numerieke apertuur kan hebben tot 1.4 in high-end modellen met drie of meer interne lenselementen. Hoewel de Abbe-condensor in staat is helder licht door te laten, is hij niet gecorrigeerd voor chromatische of sferische optische aberraties. Een typische Abbe-condensor is afgebeeld in figuur 2. In zijn eenvoudigste vorm heeft de Abbe-condensor twee optische lenselementen die een beeld van het belichte velddiafragma produceren dat niet scherp is en aan de randen omgeven is door blauwe en rode kleur.

Als gevolg van het ontbreken van optische correctie is de Abbe-condensor vooral geschikt voor routine-observatie met objectieven met een bescheiden numerieke apertuur en vergroting. De belangrijkste voordelen van de Abbe-condensor zijn de brede lichtkegel die de condensor kan produceren en de mogelijkheid om te werken met objectieven met een grote werkafstand. De meeste microscopen worden door de fabrikant standaard met een Abbe-condensor geleverd en deze condensors zijn echte werkpaarden voor routine-laboratoriumgebruik.

Het volgende niveau van condensorcorrectie is verdeeld tussen de aplanatische en achromatische condensors die uitsluitend worden gecorrigeerd voor hetzij sferische (aplanatische) hetzij chromatische (achromatische) optische aberraties. Typische voorbeelden van deze condensors zijn te zien in figuur 3 (achromatisch) en figuur 4 (aplanatisch). Achromatische condensors bevatten gewoonlijk drie tot vier lenselementen en worden in twee golflengten (rood en blauw) gecorrigeerd voor chromatische aberratie.

De in figuur 3 afgebeelde achromatische condensor bevat vier lenselementen en heeft een numerieke apertuur van 0,95, de hoogste apertuur die kan worden bereikt zonder dat immersieolie nodig is. Deze condensor is nuttig voor zowel routine- als kritische laboratoriumanalyses met “droge” objectieven en ook voor zwart-wit- of kleurenfotomicrografie.

Een kritische factor bij de keuze van subfase condensors is de numerieke apertuur die nodig zal zijn om een verlichtingskegel te verschaffen die geschikt is voor de objectieven. De numerieke apertuur van de condensor moet gelijk zijn aan of iets kleiner zijn dan die van de grootste numerieke apertuur van het objectief. Als het objectief met de grootste vergroting een olie-immersie objectief is met een numerieke apertuur van 1.40, dan moet de condensor van de subfase ook een gelijkwaardige numerieke apertuur hebben om de hoogste systeemresolutie te behouden. In dit geval moet olie worden aangebracht tussen de bovenlens van de condensor en de onderzijde van de objectglaasjes om de beoogde numerieke apertuur (1,40) en resolutie te bereiken. Het niet gebruiken van olie zal de hoogste numerieke apertuur van het systeem beperken tot 1.0, het hoogst haalbare met lucht als beeldvormend medium.

Aplanatische condensors zijn goed gecorrigeerd voor sferische aberratie (groene golflengten) maar niet voor chromatische aberratie. Een typische aplanatische condensor met een numerieke apertuur van 1,40 is afgebeeld in figuur 4. Deze condensor heeft vijf lenselementen en kan het licht in één enkel vlak scherpstellen. Met aplanatische condensors kunnen uitstekende zwart-witfotomicrografen worden gemaakt wanneer groen licht wordt gebruikt dat afkomstig is van een laserbron of van een interferentiefilter met halogeengloeilicht.

Het hoogste niveau van correctie voor optische aberratie is verwerkt in de aplanatisch-achromatische condensor. Deze condensor is goed gecorrigeerd voor zowel chromatische als sferische aberraties en is de condensor bij uitstek voor gebruik bij kritische kleurenfotomicrografie met wit licht. Een typische aplanatisch-achromatische condensor is afgebeeld in figuur 5 (numerieke apertuur = 1,35). Deze condensor heeft acht inwendige lenselementen die in twee doubletten en vier enkelvoudige lenzen zijn gecementeerd.

gravures op de behuizing van de condensor bevatten het type (achromatisch, aplanatisch, enz.), de numerieke apertuur, en een schaalverdeling die bij benadering de instelling (grootte) van het diafragma aangeeft. Zoals hierboven vermeld, presteren condensors met een numerieke apertuur van meer dan 0,95 het best wanneer een druppel olie wordt aangebracht op de bovenste lens die in contact is met de onderzijde van het objectglaasje. Dit zorgt ervoor dat schuine lichtstralen die van de condensor komen, niet worden gereflecteerd van onder het objectglaasje, maar in het preparaat worden gericht. In de praktijk kan dit vervelend worden en wordt het niet vaak gedaan bij routine microscopie, maar het is essentieel bij het werken met hoge resoluties en voor nauwkeurige fotomicrografie met behulp van hoog vermogen (en numerieke apertuur) objectieven.

Een andere belangrijke overweging is de dikte van het objectglaasje, die net zo cruciaal is voor de condensor als de dikte van het dekglaasje is voor het objectief. De meeste commerciële producenten bieden draagglaasjes aan met een dikte tussen 0,95 en 1,20 mm, waarbij de meest voorkomende dicht bij 1,0 mm liggen. Een objectglaasje met een dikte van 1,20 mm is te dik om te worden gebruikt met de meeste condensors met hoge numerieke apertuur die over het algemeen een zeer korte werkafstand hebben. Hoewel dit niet veel uitmaakt voor routine observatie van preparaten, kunnen de resultaten verwoestend zijn bij precisie fotomicrografie. Wij bevelen aan microscoopglaasjes te kiezen met een dikte van 1.0 ± 0.05 mm, en deze voor gebruik grondig schoon te maken.

Wanneer het objectief wordt veranderd, bijvoorbeeld van een 10X naar een 20X, moet het diafragma van de condensor ook worden aangepast om een nieuwe lichtkegel te verkrijgen die overeenkomt met de numerieke apertuur van het nieuwe objectief. Dit gebeurt door aan de gekartelde knop te draaien op de condensors die in figuren 2-6 zijn afgebeeld. Er is een kleine gele pijl of indexmarkering op deze knop die de relatieve grootte van de opening aangeeft in vergelijking met de lineaire gradatie op de condensorbehuizing. Veel fabrikanten stemmen deze gradatie af op de benaderde numerieke apertuur van de condensor. Bijvoorbeeld, als de microscopist een 10X objectief met numerieke apertuur 0.25 heeft gekozen, dan zal de pijl worden geplaatst naast de waarde 0.18-0.20 (ongeveer 80 procent van de numerieke apertuur van het objectief) op de gradatie die op de behuizing van de condensor is aangebracht.

Vaak is het niet praktisch om een enkele condensor te gebruiken voor een hele reeks objectieven (2X tot 100X), vanwege het brede scala aan lichtkegels dat moet worden geproduceerd om de numerieke aperturen van de objectieven te evenaren. Bij objectieven met een laag vermogen in het bereik van 2X tot 5X zal de verlichtingskegel een diameter tussen 6-10 mm hebben, terwijl voor objectieven met een hoog vermogen (60X tot 100X) een sterk gefocusseerde lichtkegel met een diameter van slechts ongeveer 0,2-0,4 mm nodig is. Bij een vaste brandpuntsafstand is het moeilijk om dit brede scala van lichtkegels met een enkele condensor te bereiken.

In de praktijk kan dit probleem op verschillende manieren worden opgelost. Voor objectieven met een laag vermogen (minder dan 10x) kan het nodig zijn de bovenste lens van de condensor los te schroeven om het beeldveld met licht te vullen. Sommige condensors zijn voorzien van een opklapbare bovenlens om dit gemakkelijker te doen, zoals geïllustreerd in figuur 6. Veel fabrikanten produceren nu een condensor die volledig omklapt bij gebruik met laagvermogen objectieven. Andere fabrikanten kunnen extra correctielenzen in de lichtweg inbouwen om een goede belichting te garanderen met objectieven van minder dan 10x. Wanneer de condensor zonder bovenlens wordt gebruikt, wordt het diafragma wijd geopend en doet het velddiafragma, dat nu zichtbaar is aan de achterkant van het objectief, dienst alsof het het diafragmadiafragma is. Flip-top condensors worden vervaardigd in een verscheidenheid van configuraties met numerieke aperturen variërend van 0.65 tot 1.35. Condensors met een numerieke apertuur van 0,95 of minder zijn bedoeld voor gebruik met “droge” objectieven. Echter, flip-top condensors die een numerieke apertuur groter dan 0,95 zijn bedoeld voor gebruik met olie-immersie objectieven en ze moeten een druppel olie geplaatst tussen de bodem van de microscoop dia en de condensor bovenlens bij het onderzoeken van kritische monsters.

Naast de gemeenschappelijke helderveld condensors hierboven besproken, zijn er een grote verscheidenheid van gespecialiseerde modellen geschikt voor veel verschillende toepassingen. Tabel 2 geeft een overzicht van een aantal verschillende condensorconfiguraties en de beoogde toepassingen.

Uit de gegevens in tabel 2 blijkt duidelijk dat de subage condensors in hoge mate uitwisselbaar zijn tussen verschillende toepassingen. Bijvoorbeeld, de DIC universele achromat/aplanat condensor is nuttig voor helderveld, donkerveld, en fasecontrast, naast de primaire DIC toepassing. Andere condensors zijn op soortgelijke wijze onderling verwisselbaar. Wij zullen de verschillende aspecten van individuele technieken die aangepaste condensors vereisen, behandelen in onze sectie over Gespecialiseerde Microscopie Technieken. Bezoek gerust dit interessante deel van onze Website voor meer specifieke informatie over substage condensors.