إضاءة كولر

إضاءة كولر هي طريقة لإضاءة العينات تُستخدم في المجهر الضوئي ذي الإضاءة النافذة والمنعكسة (الإضاءة النافذة والإضاءة العلوية) . تعمل إضاءة كولر على توليد إضاءة متجانسة للعينة، وتضمن عدم ظهور صورة مصدر الإضاءة (مثل فتيل مصباح الهالوجين) في الصورة الناتجة. تُعد إضاءة كولر التقنية السائدة لإضاءة العينات في المجهر الضوئي العلمي الحديث. وهي تتطلب عناصر بصرية إضافية، ما يجعلها أكثر تكلفة، وقد لا تكون موجودة في المجاهر الضوئية الأساسية.

قبل ظهور تقنية إضاءة كولر، كانت الإضاءة الحرجة هي التقنية السائدة لإضاءة العينات. وتتمثل أبرز عيوب الإضاءة الحرجة في أن صورة مصدر الضوء (عادةً ما يكون مصباحًا كهربائيًا ) تقع في نفس مستوى صورة العينة، أي أن فتيل المصباح يظهر في الصورة النهائية. ويُشار إلى صورة مصدر الضوء غالبًا بصورة الفتيل . لذا، تُنتج الإضاءة الحرجة إضاءة غير متساوية للعينة؛ حيث تُضيء المناطق الساطعة في صورة الفتيل تلك المناطق من العينة بشكل أقوى. وتُعد الإضاءة غير المتساوية غير مرغوب فيها لأنها قد تُسبب تشوهات مثل الوهج والظلال في الصورة.

يمكن استخدام طرق متنوعة لتشتيت صورة الخيط، بما في ذلك تقليل الطاقة الموجهة لمصدر الضوء أو استخدام مصباح زجاجي معتم أو موزع ضوء زجاجي معتم بين المصباح والعينة. تُعدّ هذه الطرق فعّالة، إلى حد ما، في تقليل عدم انتظام الإضاءة؛ إلا أنها جميعًا تُقلل من شدة الإضاءة وتُغيّر نطاق أطوال موجات الضوء التي تصل إلى العينة.

لمعالجة هذه القيود، صمّم أوغست كولر طريقة إضاءة تستخدم صورة غير مركزة تمامًا لمصدر الضوء لإضاءة العينة. نُشر هذا العمل عام 1893 في مجلة " Zeitschrift für wissenschaftliche Mikroskopie " ^{[ 1 ]} ، وسرعان ما تبعه نشر ترجمة إنجليزية في مجلة "Journal of the Royal Microscopical Society" ^{[ 2 ]} .

تم تطوير إضاءة كولر أيضًا في سياق البصريات غير التصويرية . ^{[ 3 ]}

يتمثل القيد الأساسي للإضاءة الحرجة في تكوين صورة مصدر الضوء في مستوى صورة العينة. تعالج إضاءة كولر هذا القيد بضمان عدم تركيز صورة مصدر الضوء تمامًا في مستوى العينة ومستويات صورها المترافقة . في مخطط مسار ضوء الإضاءة، يمكن رؤية ذلك على شكل أشعة تكوين الصورة التي تمر بشكل متوازٍ عبر العينة.

يتطلب نظام إضاءة كولر عدة مكونات بصرية لكي يعمل:

1. عدسة تجميع و/أو عدسة مجال
2. غشاء المجال
3. غشاء المكثف
4. عدسة مكثفة

تتوضع هذه المكونات بهذا الترتيب بين مصدر الضوء والعينة، وتتحكم في إضاءة العينة. تعمل عدسات التجميع/المجال على تجميع الضوء من مصدر الضوء وتركيزه على مستوى غشاء المكثف. تعمل عدسة المكثف على إسقاط هذا الضوء، دون تركيزه، عبر العينة. يُنشئ نظام الإضاءة هذا مجموعتين من مستويات الصور المترافقة، إحداهما مع مصدر الضوء وصوره، والأخرى مع العينة وصورها. توجد هاتان المجموعتان من مستويات الصور عند النقاط التالية (انظر الصورة للأرقام والحروف):

مستويات صورة مصدر الضوء / مستويات الفتحة المترافقة (المميزة بالشريط الأخضر الفاتح في الصورة أعلاه):

• فتيل المصباح (1)
• غشاء المكثف (2)
• مستوى البؤرة الخلفية للعدسة الشيئية (3)
• نقطة العين (بؤبؤ العين) (4)

مستويات صورة العينة / مستويات المجال المترافق (المميزة بالشريط الأزرق الفاتح في الصورة أعلاه):

• غشاء المجال (أ)
• العينة (ب)
• مستوى الصورة الوسيطة ( غشاء العدسة العينية ) (ج)
• شبكية العين أو مستشعر الكاميرا (D)

تتمثل الميزة الأساسية لإضاءة كولر في الإضاءة المنتظمة للعينة، مما يقلل من تشوهات الصورة ويوفر تباينًا عاليًا للعينة. كما أن الإضاءة المنتظمة للعينة ضرورية لتقنيات الإضاءة المتقدمة مثل مجهر التباين الطوري ومجهر التباين التفاضلي التداخلي .

يؤدي ضبط غشاء المكثف إلى تغيير تباين العينة . علاوة على ذلك، يسمح تغيير حجم غشاء المكثف بضبط عمق مجال العينة عن طريق تغيير الفتحة العددية الفعالة للمجهر. يشبه دور غشاء المكثف دور فتحة الكاميرا في التصوير الفوتوغرافي، مع العلم أن غشاء المكثف في المجهر يتحكم في إضاءة العينة، بينما تتحكم فتحة الكاميرا في إضاءة الكاشف.

يُتيح تغيير غشاء المكثف تعديل كمية الضوء الداخل إلى العينة بحرية دون تغيير أطوال موجات الضوء الموجودة، على عكس تقليل الطاقة المُوَجَّهة إلى مصدر الضوء عند الإضاءة الحرجة (مما يُغيّر درجة حرارة لون المصباح). ويرتبط هذا التعديل دائمًا بتغيير الفتحة العددية للنظام، كما ذُكر سابقًا، ولذلك لا يزال من الضروري تعديل شدة مصدر الإضاءة بوسائل أخرى.

عن طريق ضبط غشاء المجال، تُضبط صورة فتحة غشاء المجال في مستوى العينة لتكون أكبر قليلاً من المنطقة المصورة من العينة (والتي بدورها تُقابل الجزء من صورة العينة الذي يقع في حاجب مجال العدسة العينية ). ولأن غشاء المجال والعينة وحجاب مجال العدسة العينية تقع جميعها على مستويات صور مترافقة ، فإن هذا الضبط يسمح لأشعة الإضاءة بملء مجال رؤية العدسة العينية بالكامل، مع تقليل كمية الضوء الخارجي الذي يجب حجبه بواسطة حاجب مجال العدسة العينية. يتشتت هذا الضوء الخارجي داخل النظام ويُضعف التباين.

يجب فحص المجاهر التي تستخدم إضاءة كولر بشكل دوري للتأكد من محاذاتها الصحيحة. تختبر عملية إعادة المحاذاة ما إذا كانت المكونات البصرية الصحيحة في بؤرة التركيز عند مجموعتي مستويات الصورة المترافقة؛ مستويات صورة مصدر الضوء ومستويات صورة العينة.

تتم محاذاة المكونات البصرية على مستوى صورة العينة عادةً بتحميل عينة الاختبار أولاً، ثم ضبط بؤرتها بتحريك العدسة الشيئية أو العينة نفسها. بعد ذلك، يُغلق غشاء المجال جزئيًا؛ ويجب أن تكون حواف الغشاء في نفس مستويات الصورة المترافقة مع العينة، وبالتالي ستظهر بوضوح. يمكن ضبط البؤرة برفع أو خفض العدسات المكثفة والغشاء. أخيرًا، يُعاد فتح غشاء المجال حتى يتجاوز مجال الرؤية بقليل.

لاختبار محاذاة المكونات على مستوى صورة مصدر الضوء، يجب إزالة العدسة العينية للسماح بمراقبة مستوى الصورة الوسيطة (موضع غشاء العدسة العينية) إما مباشرةً أو باستخدام تلسكوب طوري / عدسة برتراند . يجب أن يظهر مصدر الضوء (مثل فتيل المصباح) وحواف غشاء المكثف بوضوح. كما يجب أن تظهر أي مكونات بصرية في مستوى البؤرة الخلفية للعدسة الشيئية (مثل حلقة الطور في مجهر التباين الطوري) وفي غشاء المكثف (مثل الحلقة في مجهر التباين الطوري) بوضوح أيضًا.

• تكامل كولر
• الترشيح المكاني ، وهو المبدأ البصري المُطبق في غشاء مجال الإضاءة من نوع كولر.
• المجهر الضوئي المستقطب
• مجهر التباين المعدل لهوفمان

• إضاءة كولر (أرشيف 2025) من موقع زايس للمجهر الإلكتروني
• إضاءة مجهر كولر مقدمة لكم من قسم المجهر الضوئي في المختبر الوطني للمجالات المغناطيسية العالية
  • المخطوطة الأصلية لأوغست كولر (مترجمة من الألمانية) مقدمة لكم من قسم المجهر الضوئي في المختبر الوطني للمجالات المغناطيسية العالية
• إضاءة كولر: الخطوات السبع للإضاءة (أرشيف 2021) على موقع دورة تقنيات المجهر الضوئي في جامعة كاليفورنيا، بيركلي
• دليل من ست خطوات لإضاءة كوهلر من ساينتيفيكا