Condensadores de Subestágio

O condensador de subestágio recolhe a luz da fonte de luz do microscópio e concentra-a num cone de luz que ilumina a amostra com intensidade uniforme em todo o campo de visão. É fundamental que o cone de luz do condensador seja devidamente ajustado para otimizar a intensidade e o ângulo de luz que entra na lente frontal da objetiva. Cada vez que uma objetiva é trocada, um ajuste correspondente deve ser realizado no condensador de subestágio para fornecer o cone de luz adequado para a abertura numérica da nova objetiva.

Um condensador Abbe simples de duas lentes é ilustrado na Figura 1. Nesta figura, a luz da fonte de iluminação do microscópio passa através do diafragma da abertura do condensador, localizado na base do condensador, e é concentrada por elementos internos da lente, que então projetam a luz através da amostra em feixes paralelos de cada azimute. O tamanho e a abertura numérica do cone de luz é determinada pelo ajuste do diafragma de abertura. Após passar através da amostra (na lâmina do microscópio), a luz diverge para um cone invertido com o ângulo adequado para preencher a lente frontal da objetiva.

O ajuste da abertura e a focalização adequada do condensador são de importância crítica para a realização do potencial total da objetiva. Especificamente, o uso apropriado do diafragma ajustável da abertura da íris (incorporado no condensador ou logo abaixo dele) é mais importante para assegurar uma iluminação correta, contraste e profundidade de campo. A abertura e o fechamento deste diafragma da íris controla o ângulo dos raios de iluminação (e portanto a abertura) que passam através do condensador, através da amostra e depois para a objetiva. Os visitantes são convidados a explorar como a mudança da abertura do condensador afeta o cone de iluminação em nosso tutorial interativo Java que explora a abertura numérica do condensador. A altura do condensador é controlada por um sistema de engrenagens de cremalheira e pinhão que permite ajustar o foco do condensador para uma iluminação adequada do espécime. O posicionamento correto do condensador em relação ao cone de iluminação e foco é crítico para a microscopia quantitativa e para a fotomicrografia ótima.

Cuidado deve ser tomado para garantir que a abertura do condensador seja aberta na posição correta em relação à abertura numérica objetiva. Quando a abertura do diafragma do condensador é aberta muito larga, a luz difusa gerada pela refração dos raios de luz oblíquos da amostra pode causar ofuscamento e diminuir o contraste geral. Por outro lado, quando a abertura é feita muito pequena, o cone de iluminação é insuficiente para fornecer uma resolução adequada e a imagem é distorcida devido à refracção e difracção da amostra. Os visitantes podem explorar estes fenômenos com nosso Tutorial Interativo de Abertura do Condensador Java que demonstra o efeito da posição da abertura do condensador na iluminação da amostra.

Condensadores são divididos em classificações de propósito (por exemplo: campo brilhante, campo escuro, contraste de fase, etc.), e também de acordo com o seu grau de correcção óptica. Existem quatro tipos principais de condensadores com respeito à correção de aberrações ópticas, conforme listados na Tabela 1.

O condensador mais simples e menos corrigido (também o menos caro) é o condensador Abbe que pode ter uma abertura numérica de até 1.4 em modelos high-end com três ou mais elementos de lente interna. Enquanto o condensador Abbe é capaz de passar luz brilhante, ele não é corrigido para aberrações ópticas cromáticas ou esféricas. Um condensador Abbe típico é ilustrado na Figura 2. Em sua forma mais simples, o condensador Abbe possui dois elementos de lentes ópticas que produzem uma imagem do diafragma do campo iluminado que não é nítido e é rodeado por cores azul e vermelha nas bordas.

Como resultado da ausência de correção óptica, o condensador Abbe é adequado principalmente para observação de rotina com objetivos de abertura e ampliação numérica modesta. As principais vantagens do condensador Abbe são o amplo cone de iluminação que o condensador é capaz de produzir, bem como a sua capacidade de trabalhar com objetivos de longa distância de trabalho. A maioria dos microscópios são fornecidos pelo fabricante com um condensador Abbe como padrão e estes condensadores são verdadeiros cavalos de trabalho para uso laboratorial de rotina.

O próximo nível de correção do condensador é dividido entre os condensadores aplanatic e acromatic que são corrigidos exclusivamente para aberrações ópticas esféricas (aplanatic) ou cromáticas (acromatic). Exemplos típicos destes condensadores são ilustrados nas Figuras 3 (aplanatica) e 4 (aplanatica). Os condensadores acromáticos geralmente contêm de três a quatro elementos de lente e são corrigidos em dois comprimentos de onda (vermelho e azul) para aberração cromática.

O condensador acromático ilustrado na Figura 3 contém quatro elementos de lente e tem uma abertura numérica de 0,95, a mais alta atingível sem a necessidade de óleo de imersão. Este condensador é útil tanto para análises laboratoriais de rotina como críticas com objetivas “secas” e também para fotomicrografia em preto e branco ou colorida.

Um fator crítico na escolha dos condensadores de subestágio é o desempenho numérico de abertura que será necessário para fornecer um cone de iluminação adequado para as objetivas. A abertura numérica do condensador deve ser igual ou ligeiramente menor que a da abertura numérica da objetiva mais alta. Portanto, se a maior objetiva de ampliação for uma objetiva de imersão de óleo com uma abertura numérica de 1,40, então o condensador de subestágio também deve ter uma abertura numérica equivalente para manter a maior resolução do sistema. Neste caso, óleo de imersão teria que ser aplicado entre a lente superior do condensador e a parte inferior da lâmina do microscópio para alcançar a abertura numérica pretendida (1,40) e a resolução. O não uso de óleo restringirá a maior abertura numérica do sistema a 1,0, a maior obtida com ar como meio de imagem.

Aplanatic condensers are well corrected for spherical aberration (green wavelengths) but not for chromatic aberration. Um condensador aplanatico típico com uma abertura numérica de 1,40 é ilustrado na Figura 4. Este condensador apresenta cinco elementos de lente e é capaz de focalizar a luz em um único plano. Os condensadores aplanatic são capazes de produzir excelentes fotomicrografias a preto e branco quando usados com luz verde gerada por uma fonte laser ou pelo uso de um filtro de interferência com iluminação tungstênio-halogênio.

O nível mais alto de correção para aberração óptica é incorporado no condensador aplanático-acromático. Este condensador é bem corrigido tanto para aberrações cromáticas como esféricas e é o condensador de escolha para uso em fotomicrografia a cores críticas com luz branca. Um condensador aplanático-acromático típico é ilustrado na Figura 5 (abertura numérica = 1,35). Este condensador apresenta oito elementos de lente interna cimentados em dois doublets e quatro lentes simples.

As gravuras encontradas na carcaça do condensador incluem seu tipo (acromático, aplanático, etc.), a abertura numérica e uma escala graduada que indica o ajuste aproximado (tamanho) do diafragma de abertura. Como mencionamos acima, condensadores com aberturas numéricas acima de 0,95 têm melhor desempenho quando uma gota de óleo é aplicada em sua lente superior em contato com a superfície inferior da lâmina do corpo de prova. Isto assegura que os raios de luz oblíquos que emanam do condensador não são reflectidos por baixo da lâmina, mas são direccionados para dentro da amostra. Na prática, isto pode tornar-se tedioso e não é comumente feito em microscopia de rotina, mas é essencial quando se trabalha em altas resoluções e para uma fotomicrografia precisa usando objetivas de alta potência (e abertura numérica).

Outra consideração importante é a espessura da lâmina do microscópio, que é tão crucial para o condensador quanto a espessura da lamela é para a objetiva. A maioria dos produtores comerciais oferece lâminas que variam em espessuras entre 0,95 e 1,20 mm, sendo a mais comum muito próxima de 1,0 mm. Uma lâmina de microscópio de 1,20 mm de espessura é muito espessa para ser usada com a maioria dos condensadores de alta abertura numérica que tendem a ter uma distância de trabalho muito curta. Embora isto não seja muito importante para a observação de rotina de amostras, os resultados podem ser devastadores com a fotomicrografia de precisão. Recomendamos que sejam escolhidas lâminas de microscópio que tenham uma espessura de 1,0 ± 0,05 mm, e que sejam cuidadosamente limpas antes do uso.

Quando a objetiva é mudada, por exemplo de 10X para 20X, o diafragma de abertura do condensador também deve ser ajustado para fornecer um novo cone de luz que combine com a abertura numérica da nova objetiva. Isto é feito girando o botão serrilhado nos condensadores ilustrados nas Figuras 2-6. Há uma pequena seta amarela ou marca índice localizada neste botão que indica o tamanho relativo da abertura quando comparado com a gradação linear na carcaça do condensador. Muitos fabricantes irão sincronizar esta gradação para corresponder à abertura numérica aproximada do condensador. Por exemplo, se o microscopista selecionou uma objetiva 10X de abertura numérica 0,25, então a seta seria colocada ao lado do valor 0,18-0,20 (cerca de 80% da abertura numérica da objetiva) na gradação inscrita na carcaça do condensador.

A maior parte das vezes, não é prático usar um único condensador com uma gama completa de objetivas (2X a 100X) devido à ampla gama de cones de luz que devem ser produzidos para combinar com as aberturas numéricas das objetivas. Com objetivas de baixa potência na faixa de 2X a 5X, o cone de iluminação terá um diâmetro entre 6-10 mm, enquanto que as objetivas de alta potência (60X a 100X) necessitam de um cone de luz altamente focalizado com apenas cerca de 0,2-0,4 mm de diâmetro. Com uma distância focal fixa, é difícil alcançar esta ampla gama de cones de iluminação com um único condensador.

Na prática, este problema pode ser resolvido de várias maneiras. Para objetivos de baixa potência (abaixo de 10x), pode ser necessário desatarraxar a lente superior do condensador a fim de preencher o campo de visão com luz. Alguns condensadores são produzidos com uma lente superior virada para cima para realizar isto mais prontamente, como ilustrado na Figura 6. Muitos fabricantes produzem agora um condensador que se vira completamente quando utilizado com objectivos de baixa potência. Outras empresas podem incorporar lentes de correção auxiliares no caminho da luz para garantir uma iluminação adequada com objetivas inferiores a 10x. Quando o condensador é usado sem a lente superior, o diafragma da íris de abertura é aberto amplamente e o diafragma de campo, agora visível na parte posterior da objetiva, serve como se fosse o diafragma de abertura. Os condensadores flip-top são fabricados em uma variedade de configurações com aberturas numéricas que variam de 0,65 a 1,35. Aqueles condensadores que têm um valor de abertura numérica igual ou inferior a 0,95 são destinados ao uso com objetivas “secas”. Entretanto, os condensadores com abertura numérica maior que 0,95 destinam-se ao uso com objetivas de imersão de óleo e devem ter uma gota de óleo colocada entre a parte inferior da lâmina do microscópio e a lente superior do condensador ao examinar amostras críticas.

Além dos condensadores comuns de campo brilhante discutidos acima, há uma grande variedade de modelos especializados adequados para muitas aplicações diferentes. A Tabela 2 lista uma série de diferentes configurações de condensadores e as aplicações pretendidas.

Dos dados da Tabela 2, é óbvio que os condensadores de subestágio têm uma grande intercambialidade entre as diferentes aplicações. Por exemplo, o condensador universal DIC achromat/aplanat é útil para campo brilhante, campo escuro e contraste de fase, além da aplicação primária DIC. Outros condensadores têm uma permutabilidade semelhante. Trataremos de vários aspectos de técnicas individuais que requerem condensadores modificados em nossa seção sobre Técnicas de Microscopia Especializada. Por favor, sinta-se à vontade para visitar esta parte interessante do nosso site para informações mais específicas sobre condensadores de subestações.