освещение по Келеру
Освещение Келера — это метод освещения в проходящем и отраженном свете (транс- и эпи-освещении) образцов, используемый в оптической микроскопии . Освещение по Келеру обеспечивает равномерное освещение образца и гарантирует, что изображение источника освещения (например, нити галогенной лампы ) не будет видно на полученном изображении. Освещение Келера является преобладающим методом освещения образцов в современной научной световой микроскопии. Для этого требуются дополнительные оптические элементы, которые более дороги и могут отсутствовать в более простых световых микроскопах.
История и мотивация
[ редактировать ]До освещения Келера критическое освещение было преобладающим методом освещения образца. Критическое освещение имеет основное ограничение: изображение источника света (обычно лампочки ) попадает в ту же плоскость, что и изображение образца, т. е. на конечном изображении видна нить лампы. Изображение источника света часто называют изображением нити накала . Таким образом, критическое освещение дает неравномерное освещение образца; яркие области на изображении нити освещают эти области образца сильнее. Неравномерное освещение нежелательно, поскольку оно может привести к появлению таких артефактов, как блики на изображении и тени.
Для рассеивания изображения накала можно использовать различные методы, включая уменьшение мощности источника света или использование колбы из опалового стекла или рассеивателя из опалового стекла между колбой и образцом. Все эти методы в некоторой степени функциональны для уменьшения неравномерности освещения, однако все они уменьшают интенсивность освещения и изменяют диапазон длин волн света, достигающего образца.
Чтобы устранить эти ограничения, Август Кёлер разработал метод освещения, который использует идеально расфокусированное изображение источника света для освещения образца. Эта работа была опубликована в 1893 году в Zeitschrift für wissenschaftliche Mikroskopie. [ 1 ] и вскоре последовала публикация английского перевода в Журнале Королевского микроскопического общества . [ 2 ]
Освещение Келера также было разработано в контексте неотображающей оптики . [ 3 ]
Оптические принципы
[ редактировать ]Основным ограничением критического освещения является формирование изображения источника света в плоскости изображения образца. изображения источника света Освещение по Келеру решает эту проблему, обеспечивая идеальную расфокусировку в плоскости образца и сопряженных с ним плоскостях изображения . На лучевой диаграмме пути освещения это можно увидеть как лучи, формирующие изображение, проходящие параллельно через образец.
Для работы освещения по Келеру требуется несколько оптических компонентов:
- Коллекторная линза и/или полевая линза
- Полевая диафрагма
- Конденсаторная диафрагма
- Конденсаторная линза
Эти компоненты располагаются в следующем порядке между источником света и образцом и контролируют освещенность образца. Коллекторные/полевые линзы собирают свет от источника света и фокусируют его в плоскости конденсорной диафрагмы. Конденсаторная линза проецирует этот свет, не фокусируя его, через образец. Эта схема освещения создает два набора сопряженных плоскостей изображения: один с источником света и его изображениями, а другой с образцом и его изображениями. Эти два набора плоскостей изображения находятся в следующих точках (цифры и буквы см. на изображении):
- Плоскости изображения источника света (отмечены светло-зеленой полосой на изображении выше):
- Нить лампы (1)
- Конденсаторная диафрагма (2)
- Задняя фокальная плоскость объектива (3)
- Точка зрения (4)
- Плоскости изображения образца (отмечены голубой полосой на изображении выше):
- Полевая диафрагма (А)
- Образец (Б)
- Промежуточная плоскость изображения ( диафрагма окуляра ) (С)
- Сетчатка глаза или датчик камеры (D)
Преимущества
[ редактировать ]Основным преимуществом освещения по Келеру является равномерное освещение образца. Это уменьшает артефакты изображения и обеспечивает высокий контраст образца. Равномерное освещение образца также имеет решающее значение для современных методов освещения, таких как фазово-контрастная и дифференциально-интерференционно-контрастная микроскопия.
Регулировка конденсорной диафрагмы изменяет контрастность образца . Кроме того, изменение размера диафрагмы конденсора позволяет регулировать глубину резкости образца путем изменения эффективной числовой апертуры микроскопа. Роль конденсорной диафрагмы аналогична апертуре в фотографии, хотя конденсорная диафрагма микроскопа регулирует освещенность образца, а апертура фотоаппарата регулирует освещенность детектора.
Изменение диафрагмы конденсатора позволяет свободно регулировать количество света, попадающего в образец, без изменения длины волны присутствующего света, в отличие от снижения мощности источника света с критической освещенностью (которая меняет цветовую температуру лампы). Эта регулировка всегда связана с изменением числовой апертуры системы, как указано выше, и поэтому регулировка интенсивности источника освещения другими средствами по-прежнему необходима.
Регулировкой полевой диафрагмы изображение апертуры полевой диафрагмы в плоскости образца устанавливается на размер, несколько больший, чем отображаемая область образца (что соответствует, в свою очередь, части изображения образца, попадающей в полевой диафрагму окуляра). ). Поскольку полевая диафрагма, образец и полевая диафрагма окуляра лежат в сопряженных плоскостях изображения , эта регулировка позволяет лучам освещения полностью заполнить поле зрения окуляра, сводя к минимуму количество постороннего света, который должен блокироваться полевой диафрагмой окуляра. Такой посторонний свет рассеивается внутри системы и ухудшает контрастность.
Тестирование и настройка освещения по Келеру
[ редактировать ]Микроскопы, использующие освещение Келера, необходимо регулярно проверять на правильность юстировки. Процедура перестройки проверяет, находятся ли в фокусе правильные оптические компоненты в двух наборах сопряженных плоскостей изображения; плоскости изображения источника света и плоскости изображения образца.
Выравнивание оптических компонентов в плоскости изображения образца обычно выполняется путем первой загрузки испытуемого образца и фокусировки на нем путем перемещения объектива или образца. При этом полевая диафрагма частично закрывается; края диафрагмы должны находиться в тех же сопряженных плоскостях изображения, что и образец, поэтому должны быть в фокусе. Фокус можно регулировать, поднимая или опуская конденсорные линзы и диафрагму. Наконец, полевая диафрагма снова открывается так, что выходит за пределы поля зрения.
Чтобы проверить выравнивание компонентов в плоскости изображения источника света, окуляр необходимо снять, чтобы можно было наблюдать промежуточную плоскость изображения (положение диафрагмы окуляра) либо напрямую, либо с помощью фазового телескопа / линзы Бертрана . Источник света (например, нить накаливания) и края диафрагмы конденсатора должны оказаться в фокусе. Любые оптические компоненты в задней фокальной плоскости объектива (например, фазовое кольцо для фазово-контрастной микроскопии) и на диафрагме конденсора (например, кольцевое пространство для фазово-контрастной микроскопии) также должны быть в фокусе.
См. также
[ редактировать ]- Интеграция Келера
- Пространственная фильтрация , оптический принцип, реализованный в полевой диафрагме осветителя Келера.
- Микроскопия поляризованного света
- Модуляционно-контрастная микроскопия Хоффмана
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кёлер, август (1893 г.). «Новый метод освещения для микрофотографических целей» . Журнал научной микроскопии и микроскопической техники . 10 (4): 433–440.
- ^ Келер, август (1894 г.). «Новый метод освещения для микрографических целей» . Журнал Королевского микроскопического общества . 14 : 261–262.
- ^ Чавес, Хулио (2015). Введение в неотображающую оптику, второе издание . ЦРК Пресс . ISBN 978-1482206739 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Шестишаговое руководство по освещению Келера от Scientifica
- Инструкция по настройке освещения по Кёлеру
| Освещение и контрастные методы |
|  |
|---|---|---|
| Флуоресцентные методы | ||
| субдифракция предельные методы | ||
