The condenser – different types. 顕微鏡のコントラスト
前回の接眼レンズの話で、接眼レンズは通常その前面の焦点面が主像面(PIP)と一致するように配置されていると指摘しましたが、今回はその前面の焦点面を主像面(PIP)と一致させます。 PIPは結像面において標本と共役であり、顕微鏡試料の形状を測定するのに便利です。 したがって、コンデンサーは、照明光線を操作することによって像のコントラストを変化させることができるアクセス可能な場所を提供するのです。 この2つの原理は、このシリーズの第3回で扱ったケーラーの照明法から生まれたものです。
コンデンサの機能
コンデンサは顕微鏡の中で2つの機能を果たしています。 試料面の視野に均一な光の領域を提供し、対物レンズの開口部を十分かつ制御可能な角度の光で均一に照らします。 第二に、前述したように、コントラストを調節する手段を提供する（Bradbury & Evennett, 1996）。 最も単純なコンデンサーは凹面鏡ですが、これはNA0.2程度以上の対物レンズには使えません。 顕微鏡にミラーとリモート光源がある場合、ミラーの平らな面は、装着されたサブステージ・コンデンサーと組み合わせて使用しなければなりません。 これは厳密にはコンデンサーが平行光を受け、その光をコンデンサーの後側焦点面（標本がある位置）に焦点を合わせる必要があるからです。 2枚または3枚のレンズで構成され、低出力対物レンズで視野を埋めるために、上側の短焦点レンズは通常光路から反転させたり（1a）、ネジを外したり（1b）することができる。 このシンプルな照明器具は、ほとんどの種類の顕微鏡検査に十分対応できます。 元々はコンデンサーの前焦点面に偏心して配置されたアパーチャーから狭いビーム（または「ペンシル」）の斜光を照射するために設計されたものです。 図1cは、サブステージ装置に取り付けられた単純な2レンズのアッベ照明器で、回転させたり偏心させたりして斜光を照射することができます。 図1dは超低倍率対物レンズの大視野を完全に満たすように設計された低出力コンデンサーである。
コンデンサーには開口数が提示されていることがあるが（ドライコンデンサーで0.9NA、油浸タイプで最大1.4NAが多い）、これらの数字には照明光線に対して球面収差補正したNAを示すものはない。 多くの単純なコンデンサーでは、0.45NA以上の球面収差を補正することはほとんどなく、軸照明用のしっかりとした円錐形の光は、球面収差を補正している。 高品質な作業や、分解能の限界にある構造を解決するためには、コンデンサーは収差を補正する必要があります。 完全に補正されたコンデンサーは、対物レンズと同様に多くのレンズエレメントを含み、ほぼ同じ程度まで補正することが可能である。 アクロマティック-アプラナートコンデンサー（1e）は球面収差と色収差の両方が補正されており、最高品質の作業、およびカラー顕微鏡写真に使用されるべきものです。 6759＞＜5653＞いわゆるユニバーサルコンデンサー（図2）は多機能なもので、球面収差のみを補正する。 回転する円盤に開口絞り、フィルター、パッチストップ、位相板、微分干渉コントラスト（DIC）用のウォラストンプリズムなどを装着して使用するものである。 このため、コントラストを容易に変更することができる。 暗所用パッチストップは、一般にNA0.5程度までしか使用できません。 それ以上のNAを持つ対物レンズを使用する場合は、特殊な構造の暗視野コンデンサー（図3）を使用する必要があります。 その使い方やコントラスト増強の方法については、Bradbury & Evennett (1996)を参照してください。 ユニバーサルコンデンサー。 中央の図は上蓋を外したもので、アパーチャーフェイズアニュリー、DICプリズム、暗視野パッチストップ、ラインベルグディスク、ホフマン変調フィルターが配置された回転円盤が見えている。 ほとんどの万能コンデンサーは明視野用のアパーチャーアイリス、位相差用のいくつかのアニュリ、低出力暗視野用のダークグラウンドストップを備えている
図3. 暗黒地コンデンサ。 3(a)乾式暗所用コンデンサー。 3(b) & 3(c) 油浸式暗視野コンデンサー。 3(d)調整式油浸暗視野コンデンサー：このコンデンサーはスライドの厚みに応じて調整でき、高品質の暗視野画像を得ることができる。
透過光顕微鏡と反射光顕微鏡
透過光顕微鏡の配置では、光がまず試料に集光され（そこで光が物質と相互作用する）、次に光軸に沿ってさらに対物レンズに集められるので、別の集光器が必要である。 ここでは、光線路は標本の軸を中心に折れ曲がり、その表面で光が反射される。 対物レンズはそれ自体がコンデンサーの役割を果たし、反射光顕微鏡のアライメントは非常に単純化されます（本連載第2回の光線図参照）。 ただし、対物レンズの後側焦点面（コンデンサーとして使用する場合は前側焦点面）にアクセスすることは難しいので、補助レンズを使ってダイアフラムやフィルターの像が後側焦点面と共役になるような位置を作る。
入射光方式は、試料への照明が簡単で、効率がよく（高倍率で明るい像が得られる）、透過光による他のコントラスト法との組み合わせが可能なことから、蛍光顕微鏡に非常に有用である。 反射光顕微鏡用落射照明装置の説明図
この落射照明装置は、ノーズピースに2種類の反射光対物レンズを装着している。 使用中の対物レンズは暗所照明用で、他の2本は明視野反射光作業用に見えます。 この2つの対物レンズは、光軸の中心を合わせるための広いカラーを備えています。 エピ・イルミネーターのケーシングにある「D」は、暗視野照明に使用するための交換可能なインサートを示しています。 また、明視野反射光顕微鏡用の平面鏡に交換することもできます。 6759>
反射顕微鏡で対物レンズが集光レンズとして機能するなら、なぜ透過顕微鏡の照明にも対物レンズを使わないのでしょうか。
コントラスト増強の基本原理
顕微鏡で解像した画像の細部を認識するためには、十分な可視性、すなわちコントラストが必要です。 選択性は重要で、細部を識別するためには、少なくとも物体内、および物体と背景の間に局所的な違いが必要です。
画像のコントラストは、別々にまたは組み合わせて、3つの手段で得られます。 それらは、
- 試料と光の相互作用、
- 照明の操作、および
- 画像記録媒体の操作です。
部分（c）のコントラストの変更は、写真の現像および/または印刷、およびアナログビデオまたはデジタル画像の電子コントラストを使って行うことが可能です。 しかし、コンデンサーは（a）と（b）の部分で、画像のコントラストと視認性を操作するのに役立っている。 光学顕微鏡におけるコントラスト技術の理論的及び実用的側面の更なる詳細は、ブラッドベリー＜5850＞エヴェネット、1996及びサンダーソン、2002、2000、1998及び1994に見出すことができる。 簡単に言えば、明視野、斜光、暗黒地&ラインバーグ、位相差、DICが最もよく知られた造影法である。 また、これらの方法を異なる形態の照明と組み合わせることも可能である（例えば、ラインバーグを用いた偏光、蛍光を入射させた透過型明視野による位相コントラストなど）。
最高の画質を得るためには、コンデンサーの焦点を正しく合わせる必要があります（第3部、ケーラー照明のための顕微鏡のセットアップを参照）。 これはコントラストを強調する方法（明視野、位相差、暗視野）がどのようなものであっても同じです。 明視野顕微鏡でコンデンサーのフォーカスを外すと、解像力が著しく低下し、画像内の各点に回折ハローが発生して「腐った」画像になります。
焦点の合っていないコンデンサーで位相差顕微鏡を試みた場合、コンデンサーの環はしばしば対物レンズの後焦点面の位相リングの直径と一致せず、コントラストの増強は失われます。 コンデンサーの焦点合わせに問題があると、パッチストップの像が対物レンズからの直射光を完全に遮蔽できない場合、暗所での顕微鏡観察もうまくいかないことがあります。 次回は、対物レンズに戻り、チューブの長さ、焦点距離、倍率、開口数、その他のパラメータをどのように決定するかを考えていきます。 ビオス・サイエンティフィック・パブリッシャーズ ISBN 1-85996-085-5
Sanderson, J. B. (1994) Contrast in Light Microscopy: 概要. Proceedings of the Royal Microscopical Society 29/4:263-270
Sanderson, J. B. (1998) Contrast Enhancement Techniques for Light Microscopy in Cell Biology: ラボラトリーハンドブック第2版. セリス，J． (1998) Vol 3: 15-33, アカデミック出版. ISBN (4-vol set) 0-12-164725-0; vol 3 only = 0-12-164728-5
Sanderson, J. B. (2000) Theory of Contrast Control in the Microscope, Quekett Journal of Microscopy, 38:617-627.
Sanderson, J. B. (2002) Practical Control of Contrast in the Microscope, 39:275-288.
Sanderson, J. B. (2000) The The Memory of Control in the Microscope, Quekett Journal of Microscopy, 39:618-628.
Theory of Contrast Control in the Microscopy in the Microscopy, 39:618-628.