Світлофільтри для мікроскопа та їх застосування

Світлофільтри широко використовуються в мікроскопії як для візуальних спостережень, так і для мікрофотографії. Найчастіше фільтри виготовляються з матового, нейтрального або кольорових стекол. Світлофільтри дозволяють вибірково блокувати або зменшити інтенсивність певної довжини хвилі, пропускаючи інші. За допомогою фільтрів вдається компенсувати оптичні спотворення і недоліки системи освітлення, і в результаті отримати найкращу можливу якість зображення. Однак, слід враховувати, що введення в оптичний хід променів мікроскопа будь-якого додаткового елементу, зокрема і світлофільтра, призведе до поглинання світла їм, що в результаті може знизити освітленість препарату і негативно позначитися на якості зображення, побудованого мікроскопом. Тому варто керуватися наступним "правилом": в мікроскоп необхідно встановлювати фільтр тільки в тому випадку, якщо від його використання буде реальна користь. Ще раз повторимо, "реальна"!!!

У базовій комплектації мікроскопа найчастіше відразу поставляється кілька світлофільтрів. Як правило, найчастіше користувачеві трапляються синій (блакитний), зелений, жовтий і матовий фільтр. Давайте ж розберемося, в яких випадках їх доцільно використовувати.

Синій чи блакитний фільтр також часто називають фільтром денного світла. Даний фільтр корисно використовувати в мікроскопах, в яких в якості джерела освітлення використовується лампа розжарювання (вольфрамова лампа) або галогенова лампа. Застосування блакитного світлофільтра дозволяє збалансувати передачу кольору, додати зображенню більш холодний, природний відтінок, домогтися ефекту денного світла, більш комфортного для очей, ніж нескориговане жовте світло. Галогенні лампи дають світло ближче до білого, тому з ними можна використовувати більш тонкі сині світлофільтри. Лампи розжарювання і галогенні лампи мають тенденцію змінювати свою колірну температуру в залежності від інтенсивності освітлення. А ось світлодіодні лампи позбавлені такого недоліку. За низької інтенсивності освітлення лампа характеризується червоним кольором, за високої інтенсивності - блакитним, що призводить до істотного колірного зсуву (спотворення кольорів). Даний недолік може виявитися особливо критичним за умови заняття мікрофотографією. Отримані знімки характеризуються переважанням теплих жовто-оранжевих відтінків, особливо на задньому плані. Встановлений над лінзою колектора або в фільтротримачі конденсора біологічного мікроскопа синій світлофільтр, абсорбує червону частину спектру, і в результаті ми отримуємо більш природну передачу кольору. Роблячи фотознімки, також налаштувати правильну передачу кольору можна за допомогою налаштування балансу білого в програмі захоплення і обробки зображення.

В якості практичного прикладу можна вказати, що тонкий синій світлофільтр підвищує колірну температуру на 200 градусів. Таким чином, під час дослідження зразків, пофарбованих гематокілін-еозином, застосування синього фільтра дозволить домогтися завжди чітких мікрофотографій з правильною передачею кольору.

Зелений інтерференційний світлофільтр. Лабораторні мікроскопи найчастіше оснащені ахроматичними або планахроматичними об'єктивами, у яких сферична аберація найкращим чином виправлена щодо зеленого кольору. Таким чином, зелений фільтр дозволяє поліпшити якість зображення, сформованого даними об'єктивами. Також варто відзначити і те, що фазово-контрастні об'єктиви сконструйовані таким чином, щоб будувати знімки найвищої якості, з найвищим контрастом у фазово-контрастному методі дослідження в зеленому кольорі. Хоча згідно останніх досліджень для фазово-контрастної мікроскопії можуть бути корисними світлофільтри й інших кольорів.

Матовий світлофільтр (дифузор) використовується, щоб ще більше розсіяти світло за умови необхідності налаштування дифузного освітлення. Найчастіше використовується в мікроскопах, де в якості джерела освітлення виступає лампа розжарювання. Крім того, матові світлофільтри можуть виявитися дуже корисними під час роботи з об'єктивами з малим збільшенням. Так, використовуючи їх замість додаткової лінзи під конденсором, вдається рівномірно освітити все поле зору об'єктива.

Жовтий світлофільтр широко використовується для найкращого налаштування колірного балансу в мікроскопах з галогенними лампами і лампами розжарювання для мікрофотографії з кольоровою плівкою. Жовтий світлофільтр знижує колірну температуру. Також жовтий світлофільтр може виявитися корисним під час роботи з металографічними мікроскопами для виявлення дефектів структури металевих поверхонь.

Нейтральні фільтри найчастіше застосовуються для налаштування часу експозиції, особливо за умови роботи з камерами з фіксованою витримкою затвора. Нейтральні фільтри дозволяють зменшити інтенсивність освітлення, у випадку занадто яскравого освітлення для комфортних візуальних спостережень та мікрофотографії. Колір - нейтрально сірий. За допомогою таких фільтрів вдається зменшити інтенсивність світла, що проходить, на частині або на всьому спектрі довжин хвиль, не надаючи помітних змін на колірну температуру. Розрізняють два види нейтральних фільтрів: абсорбуючі і ті, що відбивають.

Фільтри для забарвлених зразків. Тонкі зрізи біологічних зразків, тканин часто піддаються фарбуванню одним або навіть декількома органічними барвниками, щоб поліпшити видимість певних елементів структури препарату. Інтенсивність і відтінки більшості забарвлених біологічних препаратів буду відмінно відтворені на кольоровому фотознімку, але деякі барвники можуть виглядати бляклими, мати колірний зсув, особливо у випадку кількох фарбувань. У таких випадках корисними виявляться компенсаційні кольорові світлофільтри, вони допоможуть відновити всі або майже всі втрачені кольори, щоправда, можуть вплинути і на сусідні ділянки зразка і задній фон. Така проблема часто зустрічається під час роботи з еозином, фуксином, метиленовим синім. Зразки, пофарбовані даними барвниками, на фотознімках виглядають каламутними, з недоліком насиченості колірного відтінку. А щоб нейтралізувати цей ефект, застосовуються спеціальні фільтри дідімій (дідімієві фільтри), виготовлені з особливого сорту скла. Так, наприклад, блідо-червоний фільтр з дідімієвого скла покращує зображення зразків, забарвлених гематоксилін-еозином. На відміну від звичайного скла, до складу дідімієвого скла також входять два рідкоземельних елемента - неодим і празеодім. Дідімієві фільтри сильно поглинають світлове випромінювання. Змішані в різних пропорціях, рідкоземельні елементи неодим і празеодім дають спектр поглинання, з пропусканням в одній тільки вузькій частині видимого спектру, наприклад, в червоній. Таким чином, дідімієві фільтри зовсім нічого не посилюють, а, навпаки, немов би рівномірно "приглушують" всі кольори, крім одного. Що в результаті, загалом, як раз і виглядає, як посилення того, що залишилось.

Природно, існують і спеціальні поляризаційні фільтри (фільтр-поляризатор і фільтр-аналізатор) для проведення досліджень методом поляризованого світла; флуоресцентні фільтри (вузькосмугові світлофільтри для збудження флуоресценції, тобто збуджуючі фільтри, і замикаючі світлофільтри, що поглинають збуджуючі флуоресценцію промені, захищаючи ваші очі і дозволяючи вам бачити випромінювання тільки тією частиною препарату, яка флуоресціює). Але це вже окрема тема для наступної статті, де ми спробуємо більш детально розглянути спеціальні методи мікроскопії та фільтри, що застосовуються в них.

Автор статті: Галина Цехмістро