Светофильтры для микроскопа и их применение

Светофильтры широко используются в микроскопии как для визуальных наблюдений, так и для микрофотографии. Чаще всего фильтры изготавливаются из матового, нейтрального или цветных стекол. Светофильтры позволяют выборочно блокировать или уменьшить интенсивность определенной длины волны, пропуская другие. С помощью фильтров удается компенсировать оптические искажения и недостатки системы освещения, и в результате получить наилучшее возможное качество изображения. Однако, следует учитывать, что введение в оптический ход лучей микроскопа любого дополнительного элемента, в частности и светофильтра, приведет к поглощению им света, что в результате может снизить освещенность препарата и негативно сказаться на качестве изображения, построенного микроскопом. Поэтому стоит руководствоваться следующим «правилом»: в микроскоп необходимо устанавливать фильтр только в том случае, если от его использования будет реальная польза. Еще раз повторим, «реальная»!!!

В базовой комплектации микроскопа зачастую сразу поставляется несколько светофильтров. Как правило, чаще всего пользователю попадаются синий (голубой), зеленый, желтый и матовый фильтр. Давайте же разберемся, в каких ситуациях их целесообразно использовать.

Синий или голубой фильтр также зачастую называют фильтром дневного света. Данный фильтр полезно использовать в микроскопах, в которых в качестве источника освещения используется лампа накаливания (вольфрамовая лампа) или галогеновая лампа. Применение голубого светофильтра позволяет сбалансировать цветопередачу, придать изображению более холодный, естественный оттенок, добиться эффекта дневного света, более комфортного для глаз, чем нескорректированный жёлтый свет. Галогеновые лампы дают свет ближе к белому, поэтому с ними можно использовать более тонкие синие  светофильтры. Лампы накаливания и галогеновые лампы имеют тенденцию изменять свою цветовую температуру в зависимости от интенсивности освещения. А вот светодиодные лампы лишены подобного недостатка. При низкой интенсивности освещения лампа характеризуется красным цветом, при высокой интенсивности – голубым, что приводит к существенному цветовому сдвигу (искажению цветов). Данный недостаток может оказаться особенно критичным при занятии микрофотографией. Полученные снимки характеризуются преобладанием теплых желто-оранжевых оттенков, в особенности на заднем плане. Установленный над линзой коллектора либо в фильтродержателе конденсора биологического микроскопа синий светофильтр, абсорбирует красную часть спектра, и в результате мы получаем более естественную цветопередачу. Делая фотоснимки, также настроить правильную цветопередачу можно с помощью настройки баланса белого в программе захвата и обработки изображения.

В качестве практического примера можно указать, что тонкий  синий  светофильтр  повышает  цветовую  температуру  на  200 градусов. Таким образом, при исследовании образцов, окрашенных гематокилин-эозином, применение синего фильтра позволит добиться всегда четких микрофотографий с правильной цветопередачей.

Зеленый интерференционный светофильтр. Лабораторные микроскопы чаще всего оснащены ахроматическими или планахроматическими объективами, в которых сферическая аберрация наилучшим образом исправлена относительно зеленого цвета. Таким образом, зеленый фильтр позволяет улучшить качество изображения, формируемого данными объективами. Также стоит отметить и то, что фазово-контрастные объективы сконструированы таким образом, чтобы строить снимки наилучшего качества, с наивысшим контрастом в фазово-контрастном методе исследования в зеленом цвете. Хотя согласно последних исследований для фазово-контрастной микроскопии могут быть полезными светофильтры и других цветов.

Матовый светофильтр (диффузор) используется, чтобы еще больше рассеять свет при необходимости настройки диффузного освещения. Зачастую используется в микроскопах, где в качестве источника освещения выступает лампа накаливания. Кроме того, матовые светофильтры могут оказаться крайне полезными при работе с объективами с малым увеличением. Так, используя их вместо дополнительной  линзы  под  конденсором, удается равномерно  осветить  всё  поле  зрения объектива.

Желтый светофильтр широко используется для наилучшей настройки цветового баланса в микроскопах с галогеновыми лампами и лампами накаливания для микрофотографии с цветной пленкой. Желтый светофильтр снижает цветовую температуру. Также желтый светофильтр может оказаться полезным при работе с металлографическими микроскопами для обнаружения дефектов структуры металлических поверхностей.

Нейтральные фильтры чаще всего применяются для настройки времени экспозиции, особенно при работе с камерами с фиксированной выдержкой затвора. Нейтральные фильтры позволяют уменьшить интенсивность освещения, в случае слишком яркого освещения для комфортных визуальных наблюдений и микрофотографии. Цвет – нейтрально серый. С помощью таких фильтров удается уменьшить интенсивность проходящего света на части или всем спектре длин волн, не оказывая заметных изменений на цветовую температуру. Различают два вида нейтральных фильтров: абсорбирующие и отражающие.

Фильтры для окрашенных образцов. Тонкие срезы биологических образцов, тканей зачастую подвергаются окраске одним или даже несколькими органическими красителями, чтобы улучшить видимость определенных элементов структуры препарата. Интенсивность и оттенки большинства окрашенных биологических препаратов буду отлично воспроизведены на цветном фотоснимке, но некоторые красители могут выглядеть блеклыми, иметь цветовой сдвиг, особенно в случае нескольких окрашиваний. В таких случаях полезными окажутся компенсационные цветные светофильтры, они помогут восстановить все или почти все потерянные цвета, правда, могут повлиять и на соседние участки образца и задний фон. Такая проблема зачастую встречается при работе с эозином, фуксином, метиленовым синим. Образцы, окрашенные данными красителями, на фотоснимках выглядят мутными, с недостатком насыщенности цветового оттенка. А чтобы нейтрализовать данный эффект, применяются специальные фильтры дидимий (дидимиевые фильтры), изготовленные из особого сорта стекла. Так, например, бледно-красный фильтр из дидимиевого стекла улучшает изображение образцов, окрашенных гематоксилин-эозином. В отличие от обычного стекла, в состав дидимиевого стекла также входят два редкоземельных элемента – неодим и празеодим. Дидимиевые фильтры сильно поглощают световое излучение. Смешанные в различных пропорциях, редкоземельные элементы неодим и празеодим дают спектр поглощения, с пропусканием в одной только узкой части видимого спектра, например, в красной. Таким образом, дидимиевые фильтры вовсе не усиливают ничего, а как раз, наоборот, как бы равномерно «приглушают» все цвета, кроме одного. Что в результате, в общем-то, как раз и выглядит, как усиление оставшегося.

Естественно, существуют и специальные поляризационные фильтры (фильтр-поляризатор и фильтр-анализатор) для проведения исследований методом поляризованного света; флуоресцентные фильтры (узкополосные светофильтры для  возбуждения  флуоресценции, т.е. возбуждающие фильтры, и запирающие светофильтры, поглощающие возбуждающие флуоресценцию лучи, защищая  ваши  глаза  и  позволяя вам видеть излучение только той части препарата, которая флуоресцирует). Но это уже отдельная тема для следующей статьи, где мы постараемся более подробно рассмотреть специальные методы микроскопии и фильтры, применяемые в них.

Автор статьи: Галина Цехмистро