Sistema de iluminación del microscopio

El sistema de iluminación del microscopio es necesario para producir, filtrar y dirigir los rayos de luz hacia la preparación que quiere observarse.


Este sistema es esencial en los microscopios ópticos de luz transmitida, que funcionan gracias a un haz de luz que ilumina y atraviesa la muestra antes de llegar al objetivo.

Sistema de iluminación de un microscopio
Sistema de iluminación de un microscopio

Las características de este sistema determinan la calidad de la observación. El sistema de iluminación emite la señal de luz que acabamos observando a través de los oculares. Si este sistema emite una señal de luz poco limpia y de mala calidad, la observación será deficiente a pesar de que la calidad del sistema óptico sea óptima.

Este sistema está constituido por una serie de componentes, cada uno con una función distinta. A continuación te presentamos en detalle las partes de este sistema junto con su función. Al final del artículo encontrarás una breve historia sobre la evolución de este sistema.

Tabla de contenidos

Partes del sistema de iluminación

Existen tres elementos básicos que pueden considerarse parte del sistema de iluminación de cualquier microscopio. Estos son el foco o fuente de luz, el condensador y el diafragma.

Además de estos tres elementos, en algunos microscopios existen otros tres elementos que también pueden considerarse parte de este sistema. Estos son el interruptor para controlar la luz, un regulador de intensidad y en algunos casos un espejo para controlar la dirección del haz de luz.


Foco o fuente de luz

La fuente de luz es un elemento primordial de un microscopio ya que es necesario para emitir luz que ilumine la muestra. Los primeros microscopios utilizaban para ello luz natural que dirigían hacia la muestra mediante espejos. Posteriormente y gracias a la invención de la bombilla incandescente se integró directamente una fuente artificial de luz en los microscopios.

Posición de la fuente de luz
Posición de la fuente de luz
en un microscopio convencional

En los microscopios de luz transmitida, la fuente de luz está siempre colocada debajo la platina. Desde allí emite un haz de luz que atraviesa la muestra y llega al objetivo.

Actualmente existen básicamente dos tecnologías para crear incorporar una fuente de luz en el microscopio. Una es la bombilla incandescente y otra más moderna son los emisores LED.

Bombilla incandescente

La bombilla incandescente produce luz a partir del calentamiento de un filamento eléctrico hecho de tungsteno. Este filamento se protege de la oxidación mediante una pequeña cámara de vidrio rellena de algún gas inerte.

Las bombillas incandescentes se incorporaron al microscopio poco después de su invención. Cuando las técnicas de fabricación fueron suficientemente avanzadas para producir bombillas de pequeño tamaño.

Esta opción produce una cantidad de luz suficiente para la iluminación de muestras. En algunos casos la luz que producen es incluso demasiado intensa y debe regularse mediante el uso de filtros

La desventaja principal de usar bombillas incandescentes es que requieren un consumo energético relativamente alto y además emiten una cantidad importante de calor. El calor que emiten puede llegar a afectar la muestra ya que induce su rápida deshidratación.

Emisores LED

La iluminación mediante emisores LED es una tecnología más moderna basada en el uso de diodos de emisión de luz (LED: Light-emitting diodes). El principio de funcionamiento de los LED está basado en las propiedades de los materiales semiconductores.

Este sistema es actualmente mucho más común debido a las múltiples ventajas de los LED frente a las bombillas incandescentes. En primer lugar, los LED son energéticamente mucho más eficientes, cosa que resulta en un menor consumo energético. Además, se caracterizan por tener una vida útil mucho más larga que la de las bombillas. Por último, los LED prácticamente no emiten calor y esto resulta mucho más práctico tanto para trabajar cómodamente con el microscopio como para mantener la muestra en buenas condiciones.


Condensador

El condensador es una parte del microscopio situado inmediatamente después de la fuente de luz.

Normalmente los rayos de luz emitidos por el foco siguen trayectorias divergentes. La función del condensador es cambiar la dirección de estos rayos para que sigan trayectorias convergentes o, como mínimo, paralelas.

Así, el condensador consigue enfocar la luz desde debajo la platina. De algún modo puede entenderse que el objetivo de un microscopio enfoca la muestra desde arriba y el condensador enfoca la muestra desde abajo.

Una buen enfoque de los rayos de luz hacia la muestra mediante el condensador es especialmente importante cuando se realizan observaciones con altos aumentos (>400x). Sin una buena concentración de los rayos de luz sería imposible observar la muestra nítidamente.

Existen distintos diseños basados en la combinación de distintas lentes para dar lugar a un condensador. Es importante que esta combinación de lentes debe, además de concentrar los rayos de luz, corregir y evitar la creación de aberraciones ópticas.

Una de los opciones más simples para cumplir con la función del condensador es una lente convergente planoconvexa. Existen otras opciones más avanzadas entre las que destaca el condensador de Abbe, un diseño desarrollado por Ernst Abbe para los microscopios Zeiss. Hoy en día, también son habituales los condensadores aplanáticos y acromáticos para corregir las aberraciones más importantes.

Diafragma

El diafragma es una parte del sistema de iluminación montada también debajo la platina. Esta pieza permite regular el tamaño del cono de luz que incide sobre la muestra.

Su apertura debe regularse en función del objetivo utilizado para alcanzar unas condiciones de observación óptimas.

La versión más simple de un diafragma es simplemente la de un disco giratorio en el que se pueden seleccionar distintos tamaños de apertura. Los diafragmas más profesionales pueden regularse mediante un mecanismo que cierra o abre la apertura con gran precisión.

Posición del diafragma
Posición del diafragma
en un microscopio convencional

Interruptor

El interruptor es simplemente el mecanismo para encender o apagar la luz. Normalmente puede encontrarse en la base del microscopio

Regulador de intensidad

Algunos microscopios incorporan también un regulador para ajustar directamente la intensidad de la fuente de luz. Esto es más habitual en los microscopios que funcionan por luz incandescente y en los que puede ser necesario reducir la potencia que recibe la bombilla para así disminuir la intensidad de la luz.

Algunos microscopios incorporan como alternativa a un regulador de intensidad la posibilidad de aplicar filtros al haz de luz antes de su llegada a la muestra.

Espejo

Antiguamente los microscopios funcionaban mediante un espejo que reflejaba la luz de una fuente exterior, como por ejemplo el Sol o una vela, para dirigirla hacia la muestra.

Actualmente también pueden encontrarse microscopios que funcionan mediante el uso de espejos. Esto es habitual en modelos que pueden funcionar tanto por luz transmitida como por luz reflejada.

También pueden encontrarse espejos o reflectores junto con la fuente de luz para concentrar mejor los rayos en la dirección en la que se encuentra la muestra.

Características del sistema de iluminación

Un buen sistema de iluminación es un requisito esencial para poder llevar a cabo observaciones de alta calidad. Es especialmente importante que el sistema de iluminación se adapte y pueda ajustarse a las características del resto de elementos ópticos.

Para ello es necesario garantizar una correcta alineación entre todos los elementos del sistema de iluminación y del sistema óptico del microscopio. Esto implica tener en cuenta el camino que sigue la luz desde que es emitida por la fuente de luz hasta llegar a nuestros ojos.

La fuente de luz es el punto en el que se emiten los rayos de luz. A continuación, estos rayos se dirigen hacia la muestra con la ayuda del condensador. Justo antes de incidir en la muestra, el diafragma regula la amplitud del cono de luz incidente.

A continuación, los rayos de luz pasan a través de la muestra y llegan al objetivo. Las lentes del objetivo crean una primera imagen real de la muestra con un tamaño superior al tamaño real. Esta imagen es nuevamente observada por las lentes del ocular, generando así una imagen virtual mucho más grande que el tamaño real de la muestra. A través de los oculares, un observador puede ver con sus ojos esta imagen aumentada de la muestra situada en la platina.

Cualquier imperfección en alguna de las lentes o elemento en esta cadena resultará en una pérdida de calidad de la observación. Por este motivo tiene una importancia vital que el sistema de iluminación proporcione unas buenas condiciones de luz. De lo contrario, resulta imposible corregir posteriormente sus carencias.

Historia del sistema de iluminación

Los primeros microscopios compuestos, desarrollados en el siglo XVI, funcionaban sin tener integrado un sistema de iluminación.

Estos microscopios estaban basados en la combinación de dos lentes y solo podían utilizarse bajo buenas condiciones de luz externa.

Un ejemplo muy claro de esta configuración puede verse en los microscopios simples de Antoni van Leeuwenhoek. Estos microscopios debían colocarse cerca del ojo y dirigirse hacia alguna fuente de luz como podía ser una vela para así poder observar la muestra.

Ejemplar de microscopio de Antoni van Leeuwenhoek (Autor: Jeroen Rouwkema, Licencia: CC BY-SA 3.0)

Posteriormente el diseño de los microscopios evolucionó para dar lugar a su configuración actual. Esto incluye una base como punto de soporte y un brazo para fijar la platina y mantener la alineación de los elementos ópticos, situados verticalmente. 

Aun así, estos microscopios no disponían de una fuente de luz propia sino que utilizaban un sistema de espejos para dirigir la luz de una fuente exterior, normalmente el Sol o una vela, hacia la muestra.

La integración de una fuente de luz directamente en el microscopio llegó con la invención de la bombilla incandescente. En el momento en que fue posible fabricar bombillas de pequeño tamaño estas se incorporaron rápidamente en la estructura del microscopio. 

Este paso supuso un gran avance para la microscopía. Por un lado dotó a los microscopios de una mayor autonomía ya que ya no era necesario depender de las condiciones de luz exterior para alcanzar una buena iluminación. Además, permitió junto con el condensador y el diafragma adaptar las condiciones de luz a las necesidades y características de la muestra observada.

La invención de los emisores LED permitió mejorar todavía más los sistemas de iluminación de los microscopios. Estos emisores permiten iluminar la muestra sin desprendimiento de calor y además con un menor consumo energético. Esto ha hecho que en los últimos años la iluminación por LED haya prácticamente sustituido a los tradicionales sistemas de iluminación basados en bombillas incandescentes.