Конденсори та їх типи
Конденсор є одним з основних елементів, що забезпечують роботу мікроскопа за різними методами освітлення та контрастування:
Класифікація конденсорів близька за групами ознак до об'єктивів:
Конденсориза якістю зображення і типу оптичної корекції поділяються на неахроматичні, ахроматичні, апланатичні та ахроматичні-апланатичні; По апертурі конденсори діляться на конденсори малої числової апертури (до 0,30), середньої числової апертури (до 0,75), великої числової апертури (понад 0,75); конденсори зі звичайною, великою і надвеликою робочою відстанню; звичайні та спеціальні конденсори для різних методів дослідження та контрастування; конструкція конденсора — єдина, з відкидним елементом (фронтальним компонентом або лінзою великого поля), з фронтальним елементом, що згвинчується.
Аббе конденсор
Конденсор Аббе - не виправлений за якістю зображення конденсор, що складається з 2-х неахроматичних лінз: однієї - двоопуклою, інший - плоскоопуклою, зверненої до об'єкта спостереження (плоска сторона цієї лінзи спрямована вгору). Апертура конденсора, А = 1,20. Має ірисову діафрагму.
У лабораторній серії мікроскопів Olympus він називається CH3-CD, у клінічній серії BX3 - U-AC, U-SC3
Ахроматичний конденсор
Наступний рівень корекції конденсорів поділяється на апланатичні та ахроматичні конденсори, які виправляють виключно сферичну (апланатну) або хроматичну (ахроматичну) оптичні аберації. Типові приклади цих конденсорів показані на рисунках нижче (ахроматичні, Achromatic) та рис 4 (апланатичні, Achromatic). Ахроматичні конденсори зазвичай містять від трьох до чотирьох оптичних елементів (лінз) і коригуються вдвох довжинах хвиль (червона та синя) для хроматичних аберацій.
Схема апланатичного конденсора
Апланатичний конденсор
Апланатичний конденсор - конденсор, що складається з трьох лінз, розташованих наступним чином: верхня лінза - плосковипукла (плоска сторона спрямована до об'єктиву), далі йдуть увігнуто-опукла і двоопукла лінзи. Виправлений щодо сферичної аберації та коми. Апертура конденсора А = 1.40. Має ірисову діафрагму.
Схема апланатичного конденсора
Апланат-ахроматичний конденсор
Апланат-ахроматичний конденсор - конденсор, повністю виправлений щодо хроматичної та сферичної аберації.
Найвищий рівень корекції для оптичної аберації застосований в апланат-ахроматичних конденсорах. Ці конденсори мають корекцію обох (хроматичної та сферичної) аберацій і конденсатор є найкращим вибором для мікрофотографій з природним перенесенням кольорів. Типовий апланатично-ахроматичний конденсор малюнку нижче (числова апертура = 1,35). Цей конденсор має вісім внутрішніх лінз у складі двох дублетів та чотирьох окремих лінз.
Olympus випускає конденсори з апланатичною та ахроматичною корекцією (конденсор апланат-ахромат) U-AAC.
Схема апланат-ахроматичного конденсора
Переходячи на об'єктив з великим збільшенням, наприклад, від 10x до 20x, апертурна діафрагма конденсра також повинна бути відрегульована, щоб забезпечити новий світловий конус, який відповідає числовій апертурі об'єктива, що використовується. Це робиться шляхом повороту рифленої на шкалі апертури конденсора. Для простоти роботи на конденсорі є невелика стрілка або індексна мітка, яка вказує розмір апертури порівняно з лінійною градацієюна корпусі конденсатора. У моторизованих мікроскопах, наприклад, BX63 є синхронізація, що автоматично виставляє апертуру конденсора апертурі використовуваного об'єктиву. Наприклад, якщо мікроскопіст вибрав об'єктив 10X з числової апертурою 0,25, то апертура конденсора буде змінена на 0.18-0.20 (близько 80 відсотків від об'єктивної числової апертури) для забезпечення найкращої якості зображення, що отримується.
Найчастіше непрактично використовувати один конденор з цілим діапазоном збільшення (від 2X до 100х) через широкий спектр світлових конусів, які повинні бути сформовані, щоб відповідати числовим апертур кожного об'єктива. Для об'єктива з низьким збільшенням (від 2X до 5X), конус освітлення матиме діаметр від 6-10 мм, в той час як об'єктив зі збільшенням від 60X до 100X необхідний високо сфокусований світловий конус близько 0,2-0,4 мм у діаметрі . З фіксованою фокусною відстанню конденсора, дуже важко досягти цього широкого спектру конусів освітлення з одним конденсором.
Конденсор із відкидною верхньою лінзою.
Насправді цю проблему можна вирішити кількома способами. Для малих збільшень (нижче 10х), можна відкрутити верхню лінзу конденсатора для заповнення поля зору, однак є і більш досконалі рішення.
Olympus виробляє конденсори з відкидною верхньою лінзою, що дозволяє працювати і на малих збільшеннях і великих, де потрібна імерсія. Якщо конденсор використовується з відкинутою лінзою, апертурна ірисова діафрагма відкрита повністю, а польова діафрагма видно на задній фокальній площині об'єктива, служить як апертурна діафрагма,регулюючи контрастність. Конденсори з відкидною лінзою виготовлені різних конфігураціях з числовими апертурами в межах від 0,65 до 1,35. Ці конденсори, які маютьчислове значення діафрагми 0,95 або менше призначені для використання із "сухими" об'єктивами. Конденсори, які мають числову апертуру більше 0,95, призначені для використання з цілями масла занурення, і вони повинні мати краплі масла, поміщений між нижньою частиною предметного скла мікроскопа і конденсатора верхньої лінзи при розгляді складних зразків.
Поворотно-відкидний конденсор
Olympus для мікроскопів BX43, BX53, BX63 випускає конденсори з відкидною верхньою лінзою (поворотно-відкидний конденсор) U-SC3.
Біла контрастна кришка необхідна для зручнішої установки зразка для подальшого вивчення.
На додаток до світлопідлогових конденсорів, які використовуються для роботи у світлому полі, для методів контрастування розроблені спеціалізовані моделі конденсорів, показані в таблиці нижче:
Застосування конденсорів для різних методів спостереження
Тип Конденсора
Світле поле
Темне поле
Фазовий Контраст
ДІК/DIC
Поляризація
Ахромат-апланат N.A. 1.3
⋅[10x
Ахромат з відкидною верхньою лінзоюN.A. 0.90
⋅[4x
Конденсор для малих збільшення N.A. 0.20
⋅[1x
Фазово-контрастний конденсор АббеN.A. 1.25
[з апертурою до N.A. 0.65]
Фазово-контрастний конденсор АхроматN.A. 0.85
⋅[з апертурою до N.A. 0.70]
⋅[4x
Універсальний ахромат-апланат конденсорDIC
(ручний або моторизований)
⋅[сапертурою до N.A. 0.70]
⋅[10x, 100x]
⋅[20x, 40x, 100x]
Темне поле, Сухий N.A. 0.80
⋅[4x
Темне поле, Іммерсійний N.A. 1.20
⋅[4x
Поляризаційний конденсор без внутрішніх натягів оптикиN.A. 0.90
⋅[4x
З таблиці вище очевидно, що з методів контрастування необхідні спеціальні конденсори. Про них ми розповімо далі.
Конденсор темного поля
Темнопольний конденсор – конденсор, призначений для отримання ефекту темного поля. Може бути спеціальним (сухим або імерсійним) або перероблений із звичайного світлопольного конденсора (в Olympus CX41 є ця можливість) шляхом встановлення в площині ірисової діафрагми конденсора темнопольної вставки.
На ілюстрації зображено темнопольний конденсор CX-DCD, який використовується в мікроскопі Olympus CX41 для роботи в темному полі для дослідження на лептоспіроз.
При роботі за методом темного поля, препарат висвітлюється порожнистим світловим конусом, апертура якого більше, ніж апертура об'єктива, таким чином, вхідна зіниця мікрооб'єктива виявляється в області геометричної тіні і світло, що пройшло без заломлення, не потрапляє в об'єктив. В оптичній мікроскопії темного поля неоднорідності зразка розсіюють світло, і це розсіяне світло формує зображення досліджуваного зразка.
Одним із варіантів виконання темнопольного конденсора є модифікація конденсора Аббе темнопольною вставкою. Вона блокує пряме світло, пропускаючи лише бічне освітлення. При цьому працювати в темному полі можна з об'єктивами, що мають апертуру не більше 0.65, а також об'єктивам із вбудованою ірисовою діафрагмою, яказмінює його апертуру.
Конденсори CX-DCD та Аббе із вставкою, на відміну від радянських попередників, не вимагають імерсії, що підвищує надійність та зручність в експлуатації.
Конденсор Аббе з темнопольною вставкою, що використовується в Olympus CX41
Водноімерсійний темнопольний конденсор
Не завжди "сухого" конденсора достатньо для роботи, тому в дослідницьких мікроскопах, наприклад Olympus BX43, застосовуються спеціалізовані водно- і масляноімерсійні. Водноімерсійні конденсори застосовуються, наприклад, в електрофізіології.
Фазово-контрастні вставки для Аббе-конденсора
Комплект PH1 (PH2, PH3) складається з фазової вставки в світлопольний конденсор Аббе CX-PH1 та фазовоконтрастного об'єктиву Plan Achromat C 10x (або іншого, що відповідає вставці).
Комплект може використовуватися в мікроскопахOlympus CX41 таOlympus CX31(із заміною конденсора).
Відповідно до вимог ВООЗ для аналізу сперми, обов'язково проводиться аналіз рухливості сперматозоїдів. Нативний препарат вивчається у камері Маклера у фазовому контрасті зі збільшенням 10х чи 20х. Саме ця реалізація використовується у системі для аналізу сперми (спермоаналізатор) на базі Olympus CX41.
Так як робота із вставками для конденсора менш зручна, були розроблені спеціальні конденсори із вбудованими вставками. Наприклад, конденсор Зерніке.
Конденсор Зерніке
Конденсор Zernike комбінує в собі роботу у світлому полі, темному полі та фазовому контрасті. Зручний револьвер дозволяє вибрати необхідну вставку для реалізації потрібного методу мікроскопії.
Конденсор легкий в експлуатації, тому що всі налаштування виконуються при його початковому монтажі сервіс-інженером.
Конденсоршироко застосовується в медицині та наукових дослідженнях. Одне із застосувань-спермоаналіз.
Маркування конденсорів
Маркування на корпусі конденсора включає його тип (ахроматичний, апланатичний і т.д.), числову апертуру, градуйовану шкалу апертур, яка показує приблизне коригування (розмір) апертурної діафрагми. Конденсори з числовими апертурами вище 0,95 працюють найкраще з краплею олії, яка наноситься на їхню верхню лінзу і контактує з нижньою поверхнею препарату. Це гарантує, що косі промені світла, що виходять із конденсора, не відбиваються від препарату, а спрямовані на нього. На практиці це буває стомлюючим і зазвичай не робиться у звичайній (рутинній) мікроскопії, але дуже важливо при роботі на високих дозволах і для точної мікрофотографії з використанням високоякісних об'єктивів (і числової апертури).
Ще одним важливим фактором є товщина предметного скла препарату, яка має вирішальне значення для коректної роботи конденсора (порівняне з товщиною покривного скла для об'єктива). Більшість виробників пропонують скла з товщинами від 0,95 до 1,20 мм з найбільш поширеними з яких є дуже близькі до 1,0 мм. Предметне скло товщиною від 1,20 мм є занадто товстим для використання з конденсорами високих апертур, які, як правило, мають дуже коротку робочу відстань. Хоча це і не дуже важливо для рутинного дослідження препаратів, мікрофотографії з товстого скла виходять нечіткі і точності вимірювань у них не буде.Школа мікроскопії рекомендує використовувати предметне скло для мікроскопії зтовщиною 1,0 ± 0,05 мм. Бажано, щоб скла були також очищені перед використанням для усунення артефактів зображень.