Конденсатор (оптика) - Condenser (optics) - Wikipedia

А конденсатор оптический линза что дает расходящийся Луч из точечного источника в параллельный или сходящийся луч для освещения объекта.

Конденсаторы являются неотъемлемой частью любого устройства обработки изображений, например микроскопы, увеличители, слайд-проекторы и телескопы. Эта концепция применима ко всем видам излучения, подвергающимся оптическому преобразованию, таким как электроны в электронная микроскопия, нейтронное излучение и оптика синхротронного излучения.

Конденсатор микроскопа

Конденсатор (справа) и соответствующий ему диафрагма (оставили)
Конденсор между предметным столиком и зеркалом старинного микроскопа

Конденсаторы расположены над источником света и под образцом в вертикальном микроскопе, а также над предметным столиком и под источником света в вертикальном микроскопе. инвертированный микроскоп. Они собирают свет от источника света микроскопа и концентрируют его в световой конус, который освещает образец. Апертура и угол светового конуса должны регулироваться (через размер диафрагмы) для каждой линзы объектива с разной числовой апертурой.

Конденсаторы обычно состоят из диафрагмы с переменной апертурой и одной или нескольких линз. Свет от источника освещения микроскопа проходит через диафрагму и фокусируется линзой (линзами) на образец. Пройдя через образец, свет расходится в перевернутый конус, заполняя переднюю линзу объектива.

Первые простые конденсаторы были представлены на предварительномахроматический микроскопы в 17 веке. Роберт Гук использовал комбинацию шара, заполненного соленой водой, и плоско-выпуклой линзы, и показывает в 'Микрография 'что он понимает причины его эффективности. Создатели 18-го века, такие как Бенджамин Мартин, Адамс и Джонс, понимали преимущество конденсации области источника света по сравнению с областью объекта на сцене. Это была простая плосковыпуклая или двояковыпуклая линза, а иногда и комбинация линз. С разработкой современного ахроматического объектива в 1829 г. Джозеф Джексон Листер, потребность в улучшенных конденсаторах становилась все более очевидной. К 1837 году использование ахроматического конденсатора было введено во Франции Феликсом Дюжарденом и Шевалье. Английские производители рано взялись за это усовершенствование из-за одержимости разрешением тестовых объектов, таких как диатомовые водоросли и решетки Нобера. К концу 1840-х годов такие английские производители, как Росс, Пауэлл и Смит; все могли поставить исправные конденсаторы на свои лучшие стойки с правильным центрированием и фокусировкой. Ошибочно утверждается, что эти разработки были чисто эмпирическими - никто не может спроектировать хороший ахроматический конденсатор со сферической коррекцией, полагаясь только на эмпирику. На континенте, в Германии, исправленный конденсатор не считался ни полезным, ни необходимым, в основном из-за неправильного понимания основных оптических принципов. Таким образом, ведущая немецкая компания, Карл Цейсс в Йене в конце 1870-х годов предлагали не более чем очень плохой хроматический конденсатор. Французские производители, такие как Nachet, представили на своих стендах отличные ахроматические конденсаторы. Когда ведущий немецкий бактериолог, Роберт Кох, пожаловался Эрнст Аббе что он был вынужден купить ахроматический конденсатор Зайберта для своего микроскопа Zeiss, чтобы делать удовлетворительные фотографии бактерий, Аббе создал очень хороший ахроматический дизайн в 1878 году.

Есть три типа конденсатора:

  1. Хроматический конденсатор, такой как Аббе, в котором не предпринимается попыток исправить сферическую или Хроматическая аберрация. Он содержит две линзы, которые создают изображение источника света, окруженного синим и красным цветом по краям.
  2. Апланатический конденсор исправлен на сферическую аберрацию.
  3. Составной ахроматический конденсатор исправлен как на сферические, так и на хроматические аберрации.

Конденсатор Аббе

Конденсор подэтапа фокусирует свет через образец, чтобы он соответствовал апертуре системы линз объектива.

Конденсатор Аббе назван в честь его изобретателя. Эрнст Аббе, который разработал его в 1870 году. Конденсор Аббе, который первоначально был разработан для Zeiss, установлен под предметным столиком микроскопа. Конденсор концентрирует и контролирует свет, который проходит через образец до попадания в объектив. Он имеет два элемента управления, один из которых перемещает конденсатор Аббе ближе к сцене или дальше от нее, а другой - ирисовая диафрагма, который контролирует диаметр луча света. Элементы управления можно использовать для оптимизации яркости, равномерности освещения и контрастности. Конденсаторы Аббе трудно использовать при увеличении более 400X, поскольку апланатический конус является только представителем числовая апертура (NA) 0,6.

Этот конденсатор состоит из двух линз: плоско-выпуклой линзы размером несколько больше полусферы и большой двояковыпуклой линзы, служащей для первой собирающей линзы. Фокус первой линзы традиционно находится на расстоянии около 2 мм от плоскости, совпадающей с плоскостью образца. Колпачок с точечным отверстием можно использовать для совмещения оптической оси конденсора с осью микроскопа. Конденсор Аббе по-прежнему является основой для большинства современных конденсаторов световых микроскопов, хотя его оптические характеристики невысоки.[1][2][3]

Апланатические и ахроматические конденсаторы

An апланатический конденсатор корректирует сферическая аберрация в концентрированном световом пути, в то время как ахроматический составной конденсатор корректирует как сферические, так и Хроматическая аберрация.

Специализированные конденсаторы

Темное поле и фазовый контраст Установки основаны на конденсоре Аббе, апланатическом или ахроматическом конденсоре, но к световому пути добавляют ограничитель темного поля или фазовые кольца различного размера. Эти дополнительные элементы размещаются по-разному. В большинстве современных микроскопов (примерно 1990-е гг.) Такие элементы размещены в ползунках, которые вставляются в прорезь между осветителем и линзой конденсора. Многие старые микроскопы содержат эти элементы в конденсаторе револьверного типа, эти элементы размещаются в турели под линзой конденсора и поворачиваются на место.

Специализированные конденсаторы также используются в составе Дифференциальный интерференционный контраст и Контраст модуляции Хоффмана системы, направленные на улучшение контрастности и видимости прозрачных образцов.

В эпифлуоресцентная микроскопия, то объектив действует не только как лупа для света, излучаемого флуоресцентный объект, но и как конденсатор для падающий свет.

Конденсор Арлоу-Аббе представляет собой модифицированный конденсатор Аббе, который заменяет ирисовую диафрагму, держатель фильтра, лампу и оптику лампы небольшим цифровым дисплеем OLED или LCD. Блок дисплея позволяет использовать синтезированные в цифровом виде фильтры для темнопольного, рейнберговского, наклонного и динамического (постоянно меняющегося) освещения под прямым управлением компьютера. Устройство было впервые описано доктором Джимом Арлоу в журнале Microbe Hunter, выпуск 48.

Конденсаторы и числовая апертура

Как и объективы, конденсаторы различаются по своим характеристикам. числовая апертура (NA). Именно NA определяет оптическое разрешение, в сочетании с NA цели. Различные конденсаторы различаются по своей максимальной и минимальной числовой апертуре, а числовая апертура одного конденсатора варьируется в зависимости от настройки диаметра конденсатора. отверстие. Чтобы получить максимальную числовую апертуру (и, следовательно, разрешение) линзы объектива, числовая апертура конденсора должна быть согласована с числовой апертурой используемого объектива. Метод, наиболее часто используемый в микроскопии для оптимизации пути света между конденсором (и другими осветительными компонентами микроскопа) и линзой объектива, известен как Köhler освещение.

Максимальная числовая апертура ограничена показателем преломления среды между линзой и образцом. Как и линзы объектива, конденсорная линза с максимальной числовой апертурой более 0,95 предназначена для использования в условиях масляная иммерсия (или, реже, под погружение в воду ) со слоем иммерсионного масла, контактирующим как с предметным стеклом / покровным стеклом, так и с линзой конденсора. Масляный иммерсионный конденсатор обычно может иметь числовую апертуру до 1,25. Без этого масляного слоя не только не будет реализована максимальная числовая апертура, но и конденсатор не сможет точно сфокусировать свет на объекте. Конденсаторы с числовой апертурой 0,95 или меньше предназначены для использования без масла или другой жидкости на верхней линзе и называются сухими конденсаторами. Двойные сухие / иммерсионные конденсаторы - это, по сути, масляные иммерсионные конденсаторы, которые, тем не менее, могут фокусировать свет с той же степенью точности даже без масла между верхней линзой и предметным стеклом.

Рекомендации

  1. ^ Королевское микроскопическое общество, "Журнал Королевского микроскопического общества", Уильямс и Норгейт, Лондон (1882 г.), стр. 411-2
  2. ^ Chamot, E.M., "Элементарная химическая микроскопия", John Wiley and Sons, Лондон (1916), стр.36.
  3. ^ «Эволюция микроскопа». Брэдбери. S, Pergamon Press, (1967)

Библиография

Общий

внешняя ссылка