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コンデンサーとは、点光源からの発散光線を、撮影対象物を照らすための平行光線または収束光線に変換する光学レンズである。
コンデンサーは、顕微鏡、引き伸ばし機、スライドプロジェクター、望遠鏡など、あらゆる画像装置に不可欠な部品です。この概念は、電子顕微鏡における電子、中性子線、シンクロトロン放射光光学系など、光学変換を受けるあらゆる種類の放射線に適用できます。
コンデンサーは、正立顕微鏡では光源の上、試料の下に位置し、倒立顕微鏡ではステージの上、光源の下に位置しています。コンデンサーは、顕微鏡の光源からの光を集め、試料を照らす円錐状の光に集光する役割を果たします。開口数が異なる対物レンズごとに、絞り（絞りのサイズ）を調整することで、光円錐の開口部と角度を調節する必要があります。
コンデンサーは通常、可変開口絞りと1つ以上のレンズで構成されています。顕微鏡の照明光源からの光は絞りを通過し、レンズによって標本上に集光されます。標本を通過した光は、逆円錐状に広がり、対物レンズの前面レンズを満たします。
顕微鏡用コンデンサーには主に3つの種類があります。
アッベコンデンサーは、1870年に開発した発明者エルンスト・アッベにちなんで名付けられました。元々はツァイス社向けに設計されたアッベコンデンサーは、顕微鏡のステージの下に取り付けられます。コンデンサーは、対物レンズに入る前に標本を通過する光を集束および制御します。コンデンサーには2つの制御機構があり、1つはアッベコンデンサーをステージに近づけたり遠ざけたりするもので、もう1つは虹彩絞りで、光線の直径を制御します。これらの制御機構を使用して、明るさ、照明の均一性、およびコントラストを最適化できます。アプラナート円錐は開口数（NA） 0.6に相当するため、400倍を超える倍率ではアッベコンデンサーの使用は困難です。
このコンデンサーは、半球よりやや大きい平凸レンズと、そのレンズの集光レンズとして機能する大きな両凸レンズの 2 つのレンズで構成されています。最初のレンズの焦点は、従来、サンプル面と一致する平面から約 2 mm 離れた位置にあります。ピンホール キャップを使用して、コンデンサーの光軸を顕微鏡の光軸に合わせることができます。アッベ コンデンサーは、光学性能は劣るものの、現代のほとんどの光学顕微鏡コンデンサー設計の基礎となっています。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
アプラナートコンデンサーは集光された光路における球面収差を補正する一方、アクロマート複合コンデンサーは球面収差と色収差の両方を補正する。
暗視野顕微鏡と位相差顕微鏡は、アッベコンデンサー、アプラナートコンデンサー、またはアクロマートコンデンサーを基本としていますが、光路に暗視野絞りまたは様々なサイズの位相リングを追加します。これらの追加要素は様々な方法で収納されます。ほとんどの最新の顕微鏡（1990年代以降）では、これらの要素は照明装置とコンデンサーレンズの間のスロットに収まるスライダーに収納されています。多くの古い顕微鏡では、これらの要素はターレット式コンデンサーに収納されており、コンデンサーレンズの下にあるターレットに収納され、回転させて所定の位置に配置します。
特殊なコンデンサーは、透明な試料のコントラストと視認性を向上させることを目的とした微分干渉コントラスト法やホフマン変調コントラスト法の一部としても使用されます。
落射蛍光顕微鏡では、対物レンズは蛍光を発する物体から放出される光を拡大するだけでなく、入射光を凝縮する役割も果たします。
アーロウ・アッベコンデンサーは、アッベコンデンサーを改良したもので、虹彩絞り、フィルターホルダー、ランプ、ランプ光学系を小型のOLEDまたはLCDデジタルディスプレイユニットに置き換えたものです。このディスプレイユニットにより、暗視野、ラインベルク、斜光、動的（常に変化する）照明用のフィルターをコンピュータの直接制御下でデジタル合成することが可能です。この装置は、ジム・アーロウ博士によってMicrobe Hunter誌48号で初めて紹介されました。
対物レンズと同様に、コンデンサーも開口数（NA）が異なります。NAは、対物レンズのNAと組み合わさって光学解像度を決定します。コンデンサーによって最大開口数と最小開口数が異なり、単一のコンデンサーの開口数は、コンデンサー開口部の直径設定によって変化します。対物レンズの最大開口数（したがって解像度）を実現するには、コンデンサーの開口数を、使用する対物レンズの開口数に合わせる必要があります。顕微鏡でコンデンサー（および顕微鏡の他の照明コンポーネント）と対物レンズ間の光路を最適化するために最も一般的に使用される技術は、ケーラー照明として知られています。
最大開口数 (NA) は、レンズとサンプル間の媒質の屈折率によって制限されます。対物レンズと同様に、最大開口数が 0.95 を超えるコンデンサーレンズは、油浸(またはまれに水浸) で使用するように設計されており、スライド/カバースリップとコンデンサーレンズの両方に浸漬油の層が接触するように配置されます。油浸コンデンサーの NA は通常最大 1.25 です。この油層がないと、最大開口数が実現されないだけでなく、コンデンサーが対象物に光を正確に集束できない可能性があります。開口数が 0.95 以下のコンデンサーは、上部レンズに油やその他の液体を使用せずに使用するように設計されており、ドライコンデンサーと呼ばれます。デュアルドライ/イマージョンコンデンサーは基本的に油浸コンデンサーですが、上部レンズとスライドの間に油がなくても、同じ精度で光を集束できます。
最初の単純なコンデンサーは、17世紀の無色収差顕微鏡以前に導入されました。ロバート・フックは、塩水を入れた球体と平凸レンズの組み合わせを使用し、『ミクログラフィア』の中でその効率の理由を理解していたことを示しています。18世紀のベンジャミン・マーティン、アダムス、ジョーンズなどの製作者は、光源の面積をステージ上の対象物の面積に凝縮することの利点を理解していました。これは単純な平凸レンズまたは両凸レンズ、あるいはレンズの組み合わせでした。1829年にジョセフ・ジャクソン・リスターによって現代的な無色収差対物レンズが開発されると、より優れたコンデンサーの必要性がますます明らかになりました。1837年までに、フェリックス・デュジャルダンとシュヴァリエによってフランスで無色収差コンデンサーの使用が導入されました。イギリスの製作者は、珪藻やノーバート格子などのテスト対象物を解像することにこだわっていたため、この改良を早くから取り入れました。 1840年代後半までに、ロス、パウエル、スミスなどのイギリスのメーカーは、いずれも最高のスタンドに、適切なセンタリングとフォーカスを備えた高精度に補正されたコンデンサーを提供できるようになりました。これらの開発が純粋に経験的なものであったと誤って述べられていますが、経験だけに頼って優れた無色収差球面補正コンデンサーを設計できる人はいません。 大陸のドイツでは、補正コンデンサーは有用でも不可欠でもないと考えられていましたが、これは主に基本的な光学原理の誤解によるものでした。そのため、ドイツの大手企業であるイエナのカール・ツァイスは、1870年代後半まで、非常に質の低い色収差コンデンサーしか提供していませんでした。ナシェなどのフランスのメーカーは、スタンドに優れた無色収差コンデンサーを提供していました。ドイツの著名な細菌学者ロベルト・コッホが、細菌の満足のいく写真を撮るためにツァイス顕微鏡にザイベルト社の色消しコンデンサーを購入せざるを得なかったとエルンスト・アッベに訴えたところ、アッベは1878年に非常に優れた色消しコンデンサーを設計した。