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奧林巴斯顯微鏡:柯勒照明係統

2013-10-16  發布者:admin 

標本的照明是最重要的變量,在實現高品質的圖像在顯微鏡和顯微攝影的關鍵。科勒照明中首次引入了1893年8月克勒(Köhler)的卡爾·蔡司公司提供最佳的標本照明的方法。

Köhler Illumination

建議所有製造商的現代實驗室顯微鏡這種技術,因為它可以產生樣品是均勻的亮度和眩光的照明,從而使用戶實現顯微鏡的全部潛力。

製造商已經設計現代顯微鏡,使集電極透鏡和進入顯微鏡的基礎上構建的組件的任何其它光學的孔徑光闌的正確定位的載物台下聚光的平麵上投影的放大和聚焦圖像的燈絲。關閉或打開聚光鏡隔膜控製新興的從聚光鏡和從所有方位角到達標本的光線角度。因為光源沒有被聚焦在水平的標本,在標本的水平的光基本上是grainless和擴展,不會受到從聚光鏡玻璃表麵上的灰塵和不完善的劣化。聚光鏡孔徑光闌的打開和關閉的控製的角度到達檢體的光錐。聚光鏡的孔徑光闌的設置,以及與孔的物鏡,確定實現的數值孔徑的顯微鏡“係統”。作為聚光鏡振動板被打開時,正常工作的數值孔徑的顯微鏡的增加,導致更大的分辨力和光透射率。平行光線通過並照亮標本帶來集中在後焦平麵的物鏡變量,聚光鏡孔徑光闌的圖像和圖像的光源,其中,可以看出,在焦點。

光路徑在圖1中示出的示意性繪製表示所采取的檢體照射光射線和圖像形成的光線的單獨的路徑。這是沒有這些途徑任何真正的偏析,但一個真正的代表性的可視化和討論的目的提出的圖解表示。圖1(a)示出的後焦平麵上的物鏡,和視點(也稱為Ramsden圓盤)照明光的射線路徑產生一個聚焦圖像的燈絲平麵載物台下聚光孔徑光闌,目鏡。共同的焦點是在這些區域通常被稱為作為共軛平麵,這是至關重要的,實現適當的科勒照明。根據定義,在一個平麵上的對象,該對象是在焦點也聚焦在其他的共軛平麵,光通路。在每一個光通路(包括圖像形成和照明),有四個獨立的平麵,它們一起組成的共軛平麵集。

科勒照明的照明的光線的路徑的共軛平麵中(圖1(a))包括:
·燈絲。
·聚光鏡孔徑光闌(在聚光鏡的前焦平麵)。
·後焦平麵上的物鏡。
·視點(也稱為Ramsden圓盤)的目鏡,這是位於約二分之一英寸(1厘米),在頂端透鏡的目鏡上方觀察者把前麵的眼睛觀察時的地步。

同樣地,在成象科勒照明光路中(圖1(b))的共軛平麵包括:

·視場光闌。
·集中的標本。
·平麵(即,平麵的固定光闌的目鏡)的中間圖像。
·眼的視網膜的照相機或膠片麵。

共軛焦平麵通常是有用的,在顯微鏡進行故障排除汙染的光學元件中的灰塵,纖維,和不完善。如果這些文物是大家關注的焦點,因此,它們必須位於或接近表麵的成像形成的共軛平麵的一部分。這個集合的成員包括玻璃元件在顯微鏡光端口,樣品,在目鏡的分劃板,和底部的透鏡元件的目鏡。另外,如果這些汙染物模糊和重點,找他們共享共軛平麵附近的照明。在這個類別聚光鏡頂部透鏡(如灰塵和汙垢常常累加),暴露的目鏡透鏡元件(從睫毛汙染物),和物鏡前透鏡(通常指紋汙跡)。

圖2示出一個典型的顯微鏡安裝在燈殼體(照明源)連接到基座和投射光被反射後,由反射鏡在顯微鏡底座通過幾個鏡頭和然後通過載物台下聚光。光源本身應該顯微鏡的光軸precentered或定心。從鎢 - 鹵燈燈絲發射的光首先通過靠近燈殼體通過聚光透鏡,然後再通過接近視場光闌的第二透鏡。通常情況下,燒結的或磨砂的玻璃過濾器放置之間的燈,和集電極透鏡的光擴散,並確保一個偶數的照明強度。在實踐中,燈絲的圖像被聚焦在玻璃擴散器的聚光鏡的前焦麵,而被暫時從光路中除去。集電極透鏡的焦距必須仔細燈絲尺寸相匹配,以確保適當的大小,一個燈絲圖像投射到聚光鏡孔徑。對於正確的科勒照明,圖像的燈絲應完全填補的聚光鏡光圈。

microscope illumination system

所述第二透鏡的光路中被稱為場透鏡,它是負責使燈絲的圖像在載物台下聚光孔徑光闌的平麵成焦點。 (放置在一個45度角度光路徑),通過視場光闌,並進入載物台下聚光反射鏡反射的聚焦的光場透鏡離開。視場光闌作為一個虛擬源的光的顯微鏡,其圖像被聚焦到樣品平麵聚光鏡。這些元素的布置的光學設計由顯微鏡製造商可能會有所不同,但應被定位在一個足夠的距離,從場透鏡,消除灰塵和鏡頭缺陷的標本平麵成像視場光闌。

在基座的顯微鏡視場光闌的寬度僅控製束光線到達聚光鏡 - 它不影響的光學分辨率,數值孔徑,或者照明的強度。的視場光闌(即,集中在光路中,並打開,以便剛好位於的視場以外的)的適當調整是很重要的,以防止眩光比可以降低所觀察到的圖像中的對比度。消除多餘的光線是特別重要的,當試圖固有的低對比度圖像樣本。當視場光闌開得遠,從標本在傾斜的角度從光學表麵的反射光,散射光可以采取行動,降低圖像的質量。

載物台下聚光鏡的顯微鏡載物台的下方通常直接安裝在一個托架,可以提高或降低獨立的階段,如在圖2中示出通過旋轉滾花旋鈕。孔徑光闌被打開和關閉一個擺動臂,杆,或通過旋轉聚光鏡殼體上的軸環。應該注意的是,載物台下聚光鏡是正確的調整可能是最重要的方麵實現適當的科勒照明。然而,不幸的是,聚光鏡偏差和調整不當聚光鏡光圈隔膜的圖像質量下降和質量差的顯微攝影的主要來源。

condeser llluminating cones

當適當調整時,來自聚光鏡的光將與圖像形成光通過投射光錐,照亮領域的視圖(詳盡地討論載物台下聚光鏡填補的後焦平麵的物鏡包括在另一部分中的引物)。聚光鏡孔徑光闌是負責控製的照明光錐的角度,因此,在聚光鏡的數值孔徑。這個概念在圖3中示出,其中一係列與光錐(數值孔徑)的減小尺寸圖中從左至右示出的聚光鏡。聚光鏡光錐形狀也是光學像差的校正的程度的函數

圖3(a)示出了聚光鏡的數值孔徑約為1.20,具有廣闊的允許的試樣具有高的數值孔徑物鏡成像的光錐。圖3(BD)顯示了如何減少的孔徑光圈的大小會產生相應的光錐的大小以及數值孔徑的減少(圖3(b)NA= 0.60,圖3(c),NA =0.30,圖3(d )NA= 0.15)。AG亚游集团還構建了一個互動的Java教程,演示了如何聚光鏡光錐的大小和形狀各不相同數值孔徑。

重要的是要注意,相對於聚光鏡光錐的大小和形狀,即僅減少視場光闌的大小稍微減小的尺寸在圖3中示出的光錐的下部。的角度和數值孔徑的光錐與視場光闌的大小減少,基本上保持不變。 ,常常由新手忽視,另一個重要的概念是,不應該被控製,通過打開和關閉聚光鏡孔徑光闌,也不是由聚光鏡轉移顯微鏡光學中心相對於軸向的照度。光照強度隻應通過使用中性密度過濾器放置到光路中,或通過降低電壓的燈(盡管後者通常還沒有建議,特別是對顯微攝影)控製。鎢鹵素燈,以確保最高的性能,請參考生產商的儀器手冊,以確定最佳的燈電壓(通常為6-10伏),並使用該設置。的照明亮度,然後,可以容易地控製中性密度過濾器通過添加或刪除。

載物台下聚光孔徑光闌的大小不僅應該一致所需的數值孔徑,但也應考慮所得到的圖像的質量。通常,孔徑光圈應該被調整,以提供足夠的圖像的對比度,而不被關閉的點引入的分辨率和細節的損失。折光指數和固有的標本對比度確定的孔徑光圈的大小是非常重要的。在一般情況下,隔膜應設置為60至90%的整個光盤大小(可見在眼管除去目鏡後或與伯特蘭透鏡)的位置,使上,雖然這可能會隨極端標本對比度。

聚光鏡光圈設置由顯微攝影拍攝的圖像的質量的影響在圖4中示出。樣品是薄款的椴樹(椴木)幹與固綠的曙紅染色和使用的40倍Planachromat物鏡(NA =0.75)和旋出頂部透鏡消色差聚光鏡(NA =0.90)Fujichrome 64T透明膠片拍攝的。近似​​聚光鏡光圈孔徑設置為:圖4(a) - 90%(NA =0.81),圖4(b) - 60%(NA =0.54),圖4(c) - 20%(NA =0.18)。組織部分是選擇性的顏色染色透露精致的細節和亞細胞成分差異的觀察。

condenser aperture size image quality

在圖4(a),其中孔徑光闌被設置到一個位置,在該位置的聚光鏡和客觀的數值孔徑,幾乎是相同的,大部分的細試樣細節是可見的,但仍然有相當數量的散射和眩光。也是顯著的圖像的亮度比其同行,其中的孔徑光闌與一個較小的設置作了。圖4(b)示出的椴樹莖標本,聚光鏡光圈大小,物鏡產生約70%數值孔徑。減少了眩光,圖像是非常尖銳的,精細的圖像細節是不顯著的衍射文物。對於該標本,在圖4(b)表示的顯微照片聚光鏡孔徑光闌的最佳設定。當光圈已關閉設置到最小的在25%左右的物鏡數值孔徑(圖4(c)),精細的圖像細節變得模糊,與的衍射文物和折射現象。圖像也需要較暗的整體投射,產生的檢體中色調變化。

從上麵的討論,這是顯而易見的,應該被設置為提供一個折衷的混合物的直接和偏離光,在很大的程度上取決於試樣的吸收,衍射和折射特性的位置,將聚光鏡孔徑光闌。這必須完成,沒有鋪天蓋地的圖像與文物,晦澀的細節和目前錯誤的對比度提高。必要以產生最好的顯微照片的圖像的細節和對比度的量也依賴於折射率,光學特性和其他試樣相關的參數。

當孔徑光闌被錯誤地關閉太多,偏離光開始模糊直接照明光線,導致引起可見條紋的衍射工件,帶狀物,和/或圖案形成的顯微照片。其他問題,如折射現象,也可以產生明顯的結構是不是真正的圖像。另外,打開聚光鏡的光圈太寬,從標本,在顯微鏡的光學表麵產生多餘的眩光和光散射。這會導致圖像細節的對比度和洗出到一個顯著損失。正確的設置會有所不同從標本,和有經驗的顯微鏡技術很快將學會準確地調整聚光鏡的孔徑光闌(及係統的數值孔徑),而無需通過觀察圖像,以查看在光圈中的後焦平麵的物鏡。事實上,在顯微攝影,許多顯微鏡認為關鍵減少的顯微鏡係統的數值孔徑,以優化圖像質量是最重要的一步。

在顯微鏡的照明係統中,調整為適當的科勒照明時,必須滿足幾個要求。標本平麵的照明麵積必須是至少一樣大的視場任何給定的物鏡。此外,光必須是均勻的強度的數值孔徑必須從最大(等於物鏡)最小的值,該值將取決於試樣的光學特性的變化。表1為每一個物鏡列出了物鏡的數值孔徑,範圍從很低到很高的放大倍數與磁場的觀點直徑(目鏡的視場數18)。

Objective Designation

Numerical
Aperture

Field of View Diameter

Planachromat 1x

0.04

18.0

Planachromat 2x

0.06

9.0

Planachromat 4x

0.10

4.50

Planachromat 5x

0.15

3.60

Planachromat 10x

0.25

1.80

Planachromat 20x

0.40

0.90

Planachromat 40x

0.65

0.45

Planapochromat 50x

0.90

0.36

Planapochromat 60x

0.95

0.30

Planapochromat 100x

1.40

0.18

從表1中所給出的數據,很明顯,從1x Planachromat到100倍Planapochromat字段中的變化的觀點直徑是100倍。這將產生一個驚人的1x和100倍的物鏡之間麵積上照度在10,000倍的差異。這樣寬的範圍內照明領域需要調整的光路中的許多組件,以容納所有的放大倍率。這些計算假設目鏡視場數為18,但許多現代的顯微鏡都配有寬視野目鏡的市場數20或25。視野的字段(如表1中的第三列中給出的),可以重新計算的任何目鏡使用下麵的公式:

D = (FN) / M
其中D是的視場直徑,FN是目鏡視野數,M是物鏡放大倍率。

現代顯微鏡都配有專門的的載物台下聚光鏡,有一個擺動離開透鏡,它可以從光路的使用低功率的物鏡(2倍至5倍)除去。這改變了在光路中的其餘組件的性能,和一些調整是必要的,以達到最佳的照明條件。視場光闌可以不再被用於對齊和定心載物台下聚光,現在是在光照條件下的樣本區域限製無效。此外,一旦除去視場光闌,多餘的眩光被減少,因為在聚光鏡產生最佳透鏡的光錐,具有低得多的數值孔徑,使光線穿過試樣,在低得多的角度。最重要的是,科勒照明的光學條件不再適用。

應始終對準顯微鏡的光學元件和科勒照明條件的建立在更高的(10倍)的放大倍率進行之前除去擺動離開工作以低級(5x和下文)的放大倍率的聚光透鏡。然後,在聚光鏡的高度應不被改變。擺動上透鏡從光路中搖出,聚光鏡的性能從根本上改變。不再形成的燈絲的圖像中的孔徑光闌,其中停止控製在聚光鏡和照明係統的數值孔徑。事實上,應完全打開的光圈光闌以避免漸暈,光在視場邊緣逐步衰落。

在圖5示出修改後的用於在低功率顯微鏡係統的透射光的光學路徑。視場光闌現在定位在正確的平麵作為孔徑光闌,以控製照明和成象光線穿過聚光鏡的數值孔徑的大小和形狀的光錐。標本平麵充分照明的等角視錐細胞(如在科勒照明),但是燈絲現在在背麵的鏡頭卡口的物鏡,而不是後焦平麵成像。

low magnification light pathways

重要的是要注意,視場光闌的圖像不再是在標本平麵形成的,雖然仍然是均勻的視場範圍內的整體強度的照明,提供燈聚光透鏡稍有擴散(化學蝕刻)或磨砂。

對比度調節在低倍率的顯微鏡是類似的程序,使用高倍率物鏡,如在圖4中示出。當視場光闌是敞開的(大於80%),標本詳情被洗出,存在一個顯著量的散射和眩光。關閉視場光闌,50%和80%之間的位置,將產生最佳折中樣品的對比度和景深。低倍率為設計物鏡是簡單的設計比他們更高的放大倍率。這是由於以較小的角度的照明產生的光錐由低倍率聚光鏡,需要較低的數值孔徑的聚光鏡。

測量光罩,它必須是在清晰對焦和疊加在檢體圖像,可以被插入到上麵討論的幾個的共軛麵。最常見的的目鏡(眼)測量和顯微攝影光罩被放置在中間像平麵中,這是一個固定的孔徑光闌內目鏡。這在理論上是可能的,也放置在試樣平麵或在平麵上的照明視場光闌的光罩。舞台微米是專業的“光罩”放置於microslides,這是用來校準目鏡分劃板,使樣品測量。從未做過名次光罩的平麵中的視場光闌(就AG亚游集团所知),就需要非常高的用於像差校正的聚光鏡完全消除工件和用於測量提供一個清晰的圖像。

彩色和中性密度過濾器經常被安置的光學路徑內,以減少光的強度和改變的顏色特性的照明。這些過濾器通常放在顯微鏡支架內有幾個位置。一些現代化的實驗室顯微鏡持有人之間夾燈住房和聚光透鏡,作為一個理想的位置,這些過濾器的過濾器。通常情況下,中性密度濾鏡的色彩校正過濾器和磨砂擴散過濾器放在一起,在此過濾器的持有人。其他顯微鏡的設計提供了一組可以通過一個杠杆入光路切換到身體內部構建的過濾器。用於過濾器的第三個共同的位置保持器是一個安裝在底部的台下聚光,明顯低於光闌的,將接受的明膠或玻璃過濾器。

重要的是不能將過濾器內或附近的任何圖像形成的共軛平麵,以避免在過濾器上的汙垢或表麵缺陷要成像與樣品一起。顯微鏡有一個附件,在底座附近的光端口的過濾器放置(附近的視場光闌)。這個位置可能是太接近視場光闌,表麵汙染可能是大家關注的焦點,或出現疊加到圖像的模糊文物。過濾器將直接在顯微鏡載物台,出於同樣的原因,同樣也是不明智的。



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