Untertischkondensoren

Der Untertischkondensor sammelt das Licht von der Lichtquelle des Mikroskops und bündelt es zu einem Lichtkegel, der die Probe mit gleichmäßiger Intensität über das gesamte Sichtfeld beleuchtet. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass der Lichtkegel des Kondensors richtig eingestellt ist, um die Intensität und den Winkel des in die Objektivfrontlinse eintretenden Lichts zu optimieren. Jedes Mal, wenn ein Objektiv gewechselt wird, muss eine entsprechende Einstellung am Untertischkondensor vorgenommen werden, um den richtigen Lichtkegel für die numerische Apertur des neuen Objektivs zu erhalten.

Ein einfacher Abbe-Kondensor mit zwei Linsen ist in Abbildung 1 dargestellt. In dieser Abbildung passiert das Licht der Beleuchtungsquelle des Mikroskops die Aperturblende des Kondensors, die sich am Boden des Kondensors befindet, und wird von internen Linsenelementen konzentriert, die dann das Licht in parallelen Bündeln aus jedem Azimut durch die Probe projizieren. Die Größe und numerische Apertur des Lichtkegels wird durch Verstellung der Aperturblende bestimmt. Nach dem Durchgang durch die Probe (auf dem Objektträger) divergiert das Licht in einen umgekehrten Kegel mit dem richtigen Winkel, um die Frontlinse des Objektivs auszufüllen.

Die Einstellung der Aperturblende und die richtige Fokussierung des Kondensors sind von entscheidender Bedeutung, um das volle Potenzial des Objektivs zu nutzen. Insbesondere die richtige Verwendung der einstellbaren Aperturblende (im Kondensor oder direkt darunter) ist für die korrekte Beleuchtung, den Kontrast und die Schärfentiefe sehr wichtig. Das Öffnen und Schließen dieser Irisblende steuert den Winkel der Beleuchtungsstrahlen (und damit die Apertur), die durch den Kondensor, durch das Objekt und dann in das Objektiv gelangen. In unserem interaktiven Java-Tutorial zur numerischen Apertur des Kondensors können Besucher erkunden, wie sich eine Änderung der Kondensoröffnung auf den Beleuchtungskegel auswirkt. Die Höhe des Kondensors wird über ein Zahnstangensystem gesteuert, mit dem der Kondensorfokus für die richtige Ausleuchtung der Probe eingestellt werden kann. Die korrekte Positionierung des Kondensors in Bezug auf den Beleuchtungskegel und den Fokus ist für die quantitative Mikroskopie und die optimale Mikrofotografie von entscheidender Bedeutung.

Es ist darauf zu achten, dass die Kondensoröffnung in der richtigen Position in Bezug auf die numerische Apertur des Objektivs geöffnet ist. Wenn die Aperturblende des Kondensors zu weit geöffnet ist, kann Streulicht, das durch die Brechung der schrägen Lichtstrahlen von der Probe erzeugt wird, Blendung verursachen und den Gesamtkontrast verringern. Ist die Aperturblende hingegen zu klein, reicht der Beleuchtungskegel nicht aus, um eine ausreichende Auflösung zu erzielen, und das Bild wird aufgrund von Brechung und Beugung an der Probe verzerrt. Besucher können diese Phänomene mit unserem interaktiven Java-Tutorial zur Kondensorblende erforschen, das die Auswirkungen der Position der Kondensorblende auf die Probenbeleuchtung veranschaulicht.

Kondensoren werden nach ihrem Verwendungszweck (z. B. Hellfeld, Dunkelfeld, Phasenkontrast usw.) und nach dem Grad der optischen Korrektur eingeteilt. In Bezug auf die Korrektur optischer Aberrationen gibt es vier Haupttypen von Kondensoren, die in Tabelle 1 aufgeführt sind.

Der einfachste und am wenigsten korrigierte (und auch am wenigsten teure) Kondensor ist der Abbe-Kondensor, der eine numerische Apertur bis zu 1 haben kann.4 bei hochwertigen Modellen mit drei oder mehr internen Linsenelementen. Der Abbe-Kondensor ist zwar in der Lage, helles Licht durchzulassen, aber er ist weder für chromatische noch für sphärische optische Aberrationen korrigiert. Ein typischer Abbe-Kondensor ist in Abbildung 2 dargestellt. In seiner einfachsten Form hat der Abbe-Kondensor zwei optische Linsenelemente, die ein unscharfes Bild der beleuchteten Feldblende erzeugen, das an den Rändern von blauer und roter Farbe umgeben ist.

Aufgrund der fehlenden optischen Korrektur eignet sich der Abbe-Kondensor vor allem für Routinebeobachtungen mit Objektiven von bescheidener numerischer Apertur und Vergrößerung. Die Hauptvorteile des Abbe-Kondensors sind der breite Beleuchtungskegel, den der Kondensor erzeugen kann, sowie seine Fähigkeit, mit Objektiven mit großem Arbeitsabstand zu arbeiten. Die meisten Mikroskope werden vom Hersteller standardmäßig mit einem Abbe-Kondensor geliefert, und diese Kondensoren sind echte Arbeitspferde für den routinemäßigen Laboreinsatz.

Die nächste Stufe der Kondensorkorrektur wird zwischen aplanatischen und achromatischen Kondensoren unterschieden, die ausschließlich für sphärische (aplanatische) oder chromatische (achromatische) optische Aberrationen korrigiert werden. Typische Beispiele für diese Kondensoren sind in Abbildung 3 (achromatisch) und Abbildung 4 (aplanatisch) dargestellt. Achromatische Kondensoren enthalten in der Regel drei bis vier Linsenelemente und sind in zwei Wellenlängen (rot und blau) für chromatische Aberration korrigiert.

Der in Abbildung 3 dargestellte achromatische Kondensor enthält vier Linsenelemente und hat eine numerische Apertur von 0,95, die höchste, die ohne Immersionsöl erreicht werden kann. Dieser Kondensor eignet sich sowohl für Routine- als auch für kritische Laboranalysen mit „trockenen“ Objektiven und auch für die Schwarzweiß- oder Farbmikrofotografie.

Ein entscheidender Faktor bei der Auswahl von Substage-Kondensoren ist die numerische Apertur, die erforderlich ist, um einen für die Objektive geeigneten Beleuchtungskegel zu schaffen. Die numerische Apertur des Kondensors sollte gleich oder etwas kleiner als die numerische Apertur des höchsten Objektivs sein. Wenn also das Objektiv mit der höchsten Vergrößerung ein Ölimmersionsobjektiv mit einer numerischen Apertur von 1,40 ist, sollte der Untertischkondensor ebenfalls eine entsprechende numerische Apertur haben, um die höchste Systemauflösung zu erreichen. In diesem Fall müsste zwischen der oberen Linse des Kondensors und der Unterseite des Objektträgers Immersionsöl aufgetragen werden, um die beabsichtigte numerische Apertur (1,40) und Auflösung zu erreichen. Wird kein Öl verwendet, beschränkt sich die höchste numerische Apertur des Systems auf 1,0, die höchste, die mit Luft als Abbildungsmedium erreicht werden kann.

Aplanatische Kondensoren sind gut korrigiert für sphärische Aberration (grüne Wellenlängen), aber nicht für chromatische Aberration. Ein typischer aplanatischer Kondensor mit einer numerischen Apertur von 1,40 ist in Abbildung 4 dargestellt. Dieser Kondensor verfügt über fünf Linsenelemente und ist in der Lage, Licht in einer einzigen Ebene zu fokussieren. Aplanatische Kondensoren sind in der Lage, ausgezeichnete Schwarzweiß-Mikrofotografien zu erstellen, wenn sie mit grünem Licht verwendet werden, das entweder von einer Laserquelle oder durch Verwendung eines Interferenzfilters mit Wolfram-Halogen-Beleuchtung erzeugt wird.

Die höchste Korrekturstufe für optische Aberration ist im aplanatisch-achromatischen Kondensor enthalten. Dieser Kondensor ist sowohl für chromatische als auch für sphärische Aberrationen gut korrigiert und ist der Kondensor der Wahl für den Einsatz in der kritischen Farbmikrofotografie mit Weißlicht. Ein typischer aplanatisch-achromatischer Kondensor ist in Abbildung 5 dargestellt (numerische Apertur = 1,35). Dieser Kondensor verfügt über acht interne Linsenelemente, die in zwei Doppellinsen und vier Einzellinsen zementiert sind.

Auf dem Kondensorgehäuse befinden sich Gravuren, die den Typ (achromatisch, aplanatisch usw.), die numerische Apertur und eine abgestufte Skala angeben, die die ungefähre Einstellung (Größe) der Aperturblende angibt. Wie bereits erwähnt, funktionieren Kondensoren mit numerischen Aperturen über 0,95 am besten, wenn ein Tropfen Öl auf die obere Linse aufgetragen wird, die mit der Unterseite des Objektträgers in Kontakt ist. Dadurch wird sichergestellt, dass schräge Lichtstrahlen, die vom Kondensor ausgehen, nicht von der Unterseite des Objektträgers reflektiert werden, sondern in die Probe gelenkt werden. In der Praxis kann dies mühsam sein und wird in der Routinemikroskopie nicht häufig durchgeführt, ist aber für die Arbeit mit hohen Auflösungen und für die genaue Mikrofotografie unter Verwendung von Objektiven mit hoher Leistung (und numerischer Apertur) unerlässlich.

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist die Dicke des Objektträgers, die für den Kondensor ebenso wichtig ist wie die Dicke des Deckglases für das Objektiv. Die meisten kommerziellen Hersteller bieten Objektträger mit einer Dicke zwischen 0,95 und 1,20 mm an, wobei die gängigste Dicke sehr nahe bei 1,0 mm liegt. Ein Objektträger mit einer Dicke von 1,20 mm ist zu dick, um mit den meisten Kondensoren mit hoher numerischer Apertur verwendet zu werden, die in der Regel einen sehr kurzen Arbeitsabstand haben. Während dies bei der routinemäßigen Betrachtung von Proben keine große Rolle spielt, können die Ergebnisse bei der Präzisionsmikrografie verheerend sein. Wir empfehlen, Objektträger mit einer Dicke von 1,0 ± 0,05 mm zu wählen und sie vor der Verwendung gründlich zu reinigen.

Wenn das Objektiv gewechselt wird, z. B. von 10X auf 20X, muss auch die Aperturblende des Kondensors angepasst werden, um einen neuen Lichtkegel zu erhalten, der der numerischen Apertur des neuen Objektivs entspricht. Dies geschieht durch Drehen des Rändelknopfes an den in den Abbildungen 2-6 dargestellten Kondensoren. Auf diesem Knopf befindet sich ein kleiner gelber Pfeil oder eine Indexmarkierung, die die relative Größe der Blende im Vergleich zur linearen Abstufung auf dem Kondensorgehäuse anzeigt. Viele Hersteller synchronisieren diese Abstufung so, dass sie der ungefähren numerischen Apertur des Kondensors entspricht. Wenn der Mikroskopiker zum Beispiel ein 10X-Objektiv mit einer numerischen Apertur von 0,25 gewählt hat, wird der Pfeil neben dem Wert 0,18-0,20 (etwa 80 % der numerischen Apertur des Objektivs) auf der auf dem Kondensorgehäuse angebrachten Skala platziert.

Oft ist es nicht praktikabel, einen einzigen Kondensor mit einer ganzen Reihe von Objektiven (2X bis 100X) zu verwenden, da eine große Bandbreite von Lichtkegeln hergestellt werden muss, um die numerischen Aperturen der Objektive zu erreichen. Bei lichtschwachen Objektiven im Bereich von 2X bis 5X hat der Beleuchtungskegel einen Durchmesser von 6-10 mm, während die lichtstarken Objektive (60X bis 100X) einen stark fokussierten Lichtkegel mit einem Durchmesser von nur etwa 0,2-0,4 mm benötigen. Bei einer festen Brennweite ist es schwierig, diese große Bandbreite an Beleuchtungskegeln mit einem einzigen Kondensor zu erreichen.

In der Praxis kann dieses Problem auf verschiedene Weise gelöst werden. Bei Objektiven mit geringer Leistung (unter 10x) kann es notwendig sein, die obere Linse des Kondensors abzuschrauben, um das Gesichtsfeld mit Licht zu füllen. Einige Kondensoren werden mit einer umklappbaren oberen Linse hergestellt, um dies leichter zu bewerkstelligen, wie in Abbildung 6 dargestellt. Viele Hersteller bieten inzwischen Kondensoren an, die sich bei Verwendung von Objektiven mit geringer Leistung vollständig umklappen lassen. Andere Firmen bauen zusätzliche Korrekturlinsen in den Strahlengang ein, um die richtige Beleuchtung bei Objektiven mit weniger als 10x zu gewährleisten. Wenn der Kondensor ohne seine obere Linse verwendet wird, ist die Aperturblende weit geöffnet und die Leuchtfeldblende, die jetzt auf der Rückseite des Objektivs sichtbar ist, dient als Aperturblende. Flip-Top-Kondensoren werden in einer Vielzahl von Konfigurationen mit numerischen Aperturen zwischen 0,65 und 1,35 hergestellt. Die Kondensoren mit einer numerischen Apertur von 0,95 oder weniger sind für die Verwendung mit „trockenen“ Objektiven vorgesehen. Flip-Top-Kondensoren mit einer numerischen Apertur von mehr als 0,95 sind jedoch für die Verwendung mit Ölimmersionsobjektiven vorgesehen und müssen bei der Untersuchung kritischer Proben mit einem Tropfen Öl zwischen der Unterseite des Objektträgers und der oberen Linse des Kondensors versehen werden.

Neben den oben erwähnten gängigen Hellfeldkondensoren gibt es eine Vielzahl von Spezialmodellen, die für viele verschiedene Anwendungen geeignet sind. In Tabelle 2 sind eine Reihe verschiedener Kondensorkonfigurationen und die vorgesehenen Anwendungen aufgeführt.

Aus den Daten in Tabelle 2 ist ersichtlich, dass Unterstufenkondensatoren für verschiedene Anwendungen sehr austauschbar sind. Der DIC-Universal-Achromat/Aplanat-Kondensor zum Beispiel ist neben der primären DIC-Anwendung auch für Hellfeld, Dunkelfeld und Phasenkontrast geeignet. Andere Kondensoren sind ähnlich austauschbar. Auf verschiedene Aspekte einzelner Techniken, die modifizierte Kondensoren erfordern, werden wir in unserem Abschnitt über spezielle Mikroskopietechniken eingehen. Bitte besuchen Sie diesen interessanten Teil unserer Website, um weitere Informationen über Substage-Kondensatoren zu erhalten.