쾰러 조명

Köhler illumination

쾰러 조명은 투과 및 반사광(트랜스 및 에피 조명) 광학 현미경 검사에 사용되는 시료 조명 방법이다.쾰러 조명은 샘플의 균일한 조명을 생성하는 역할을 하며 결과 이미지에서 조명 소스 이미지(예를 들어 할로겐 램프 필라멘트)가 보이지 않도록 합니다.쾰러 조명은 현대 과학 빛 현미경에서 샘플 조명의 주요 기법이다.더 비싸고 더 기본적인 광현미경에는 존재하지 않을 수 있는 추가 광학 소자가 필요합니다.

역사와 동기

쾰러 조명 이전에는 샘플 조명의 주요 기법이 임계 조명이었다.임계 조명은 광원(일반적으로 전구)의 이미지가 표본의 이미지와 동일한 평면에 있다는 주요 한계가 있습니다. 즉, 전구 필라멘트가 최종 영상에 보입니다.광원의 이미지는 종종 필라멘트 이미지라고 합니다.따라서 임계 조명은 샘플의 조명을 균일하게 하지 않으며, 필라멘트 이미지의 밝은 영역은 샘플의 해당 영역을 더욱 강하게 비춥니다.조도가 고르지 않으면 이미지에 눈부심이나 음영 등의 아티팩트가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않습니다.

광원에 대한 전력을 줄이거나 밸브와 샘플 사이에 오팔 유리 전구 또는 오팔 유리 확산기를 사용하는 등 필라멘트 이미지를 확산시키기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.이러한 방법들은 모두 어느 정도 조명의 불균형을 줄이는 데 도움이 되지만, 모두 조명의 강도를 줄이고 샘플에 도달하는 빛의 파장을 변화시킵니다.

이러한 한계를 해결하기 위해 August Köhler는 완벽하게 초점이 맞지 않는 광원의 이미지를 사용하여 샘플을 비추는 조명 방법을 고안했습니다.이 작품은 1893년 미크로스코피에[1] 출판되었고, 곧 왕립 현미경학회 [2]저널에 영어 번역본이 발표되었습니다.

쾰러 조명은 또한 비영상 [3]광학의 맥락에서 개발되었다.

광학적 원리

임계 조명의 주요 한계는 시료 이미지 평면에서 광원의 이미지를 형성하는 것입니다.쾰러 조명은 광원의 이미지가 샘플 평면과 그 공역 이미지 평면에 완전히 초점이 맞지 않도록 함으로써 이 문제를 해결합니다.조명광로의 광선 다이어그램에서 이는 시료를 병렬로 통과하는 화상 형성 광선으로 볼 수 있습니다.

쾰러 조명이 기능하려면 다음과 같은 몇 가지 광학 부품이 필요합니다.

  1. 컬렉터 렌즈 및/또는 필드 렌즈
  2. 필드 다이어프램
  3. 콘덴서 다이어프램
  4. 콘덴서 렌즈
쾰러 조명 설계도.상단: 조명 빔 경로.연두색 막대로 표시된 켤레 평면.하단:이미지 빔 경로.연한 파란색 막대로 표시된 켤레 평면 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오.

이러한 구성 요소는 광원과 시료 사이에 이 순서로 놓여 있으며 시료의 조명을 제어합니다.집광기/필드 렌즈는 광원의 빛을 집광하여 집광 다이어프램 평면에 초점을 맞춥니다.콘덴서 렌즈는 이 빛을 초점을 맞추지 않고 샘플을 통해 투사하는 역할을 합니다.이 조명 방식은 광원 영상이 있는 세트와 시편이 있는 두 세트의 공역 영상 평면을 만듭니다.이러한 두 영상 평면 세트는 다음 지점에서 찾을 수 있습니다(숫자와 문자는 영상 참조).

광원 영상 평면(영상에서 연두색 막대로 레이블 지정):
  • 램프 필라멘트(1)
  • 콘덴서 다이어프램(2)
  • 물체의 후면 초점 평면(3)
  • 접안점(4)
샘플 이미지 평면:
  • 필드 다이어프램(A)
  • 시료(B)
  • 중간 영상 평면(안면 다이어프램)(C)
  • 눈망막 또는 카메라 센서(D)

이점

쾰러 조명의 주된 장점은 샘플의 균일한 조명이다.이렇게 하면 영상 아티팩트가 줄어들고 샘플 대비가 높아집니다.샘플의 균일한 조명은 위상 대비 및 차등 간섭 대비 현미경 검사와 같은 고급 조명 기법에도 매우 중요합니다.

콘덴서 다이어프램을 조정하면 샘플 대비가 변경됩니다.또, 콘덴서 다이어프램의 사이즈를 변경함으로써, 현미경의 유효 개구수를 변경함으로써 시료 심도를 조정할 수 있다.콘덴서 다이어프램의 역할은 현미경의 콘덴서 다이어프램이 시료의 조명을 제어하여 기능하는 반면, 카메라의 조리개는 검출기의 조명을 제어하여 기능하지만 사진의 조리개와 유사하다.

콘덴서 다이어프램을 변경하면 임계 조명(램프 색온도 변경)으로 광원에 대한 전력을 줄이는 것과 대조적으로 샘플에 들어오는 빛의 파장을 변경하지 않고 자유롭게 조정할 수 있습니다.이 조정은 항상 위에서 설명한 바와 같이 시스템의 수치적 조리개 변경과 결합되므로 다른 수단을 통한 조명원 강도의 조정이 여전히 필요합니다.

필드 다이어프램의 조정에 의해 샘플 평면에서의 필드 다이어프램 개구부의 화상이 샘플의 촬상 영역보다 약간 큰 사이즈(아이피스 필드 스톱에 투입되는 샘플 화상의 부분과 차례차례 대응)로 설정된다.필드 다이어프램, 샘플 및 접안 필드 스톱이 모두 공역 이미지 평면에 있으므로 이 조정을 통해 조명 광선이 접안 영역 전체를 채우는 동시에 접안 필드 스톱에 의해 차단되어야 하는 외부 빛의 양을 최소화할 수 있습니다.이러한 외부 빛은 시스템 내부에서 산란되어 콘트라스트를 저하시킵니다.

쾰러 조명 테스트 및 설정

쾰러 조명을 사용하는 현미경은 정렬 상태가 올바른지 정기적으로 점검해야 합니다.재배치 절차에서는 올바른 광학 구성 요소가 광원 영상 평면과 표본 영상 평면이라는 두 세트의 공역 영상 평면에 초점이 맞춰져 있는지 여부를 테스트합니다.

시료상 평면에서의 광학 부품의 정렬은 일반적으로 먼저 시료를 로드하고 대상물 또는 시료를 이동하여 초점을 맞추는 방식으로 수행됩니다.그러면 필드 다이어프램이 부분적으로 닫힙니다. 다이어프램의 가장자리가 검체와 동일한 공역 영상 평면에 있어야 하므로 초점이 맞춰져야 합니다.콘덴서 렌즈와 다이어프램을 올리거나 내려 초점을 조정할 수 있습니다.마지막으로 시야 바로 너머로 필드 다이어프램이 다시 열립니다.

광원 영상 평면에서 구성 요소의 정렬을 테스트하려면 접안렌즈를 제거하여 직접 또는 위상 망원경/베르트랑 렌즈를 사용하여 중간 영상 평면(접안렌즈 다이어프램의 위치)을 관찰할 수 있도록 해야 합니다.광원(예: 전구 필라멘트)과 콘덴서 다이어프램의 가장자리는 초점이 맞춰져야 한다.물체의 후면 초점 평면(예: 위상 대비 현미경 검사용 위상 링)과 콘덴서 다이어프램(예: 위상 대비 현미경 검사용 고리)에 있는 광학 구성 요소도 초점에 있어야 한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Köhler, August (1893). "Ein neues Beleuchtungsverfahren für mikrophotographische Zwecke". Zeitschrift für wissenschaftliche Mikroskopie und für Mikroskopische Technik. 10 (4): 433–440.
  2. ^ Koehler, August (1894). "New Method of Illumination for Photomicrographical Purposes". Journal of the Royal Microscopical Society. 14: 261–262.
  3. ^ Chaves, Julio (2015). Introduction to Nonimaging Optics, Second Edition. CRC Press. ISBN 978-1482206739.

외부 링크