生物顯微鏡--集光器的構(gòu)造和功能

生物顯微鏡的光源前面都裝有一個(gè)可以沿光軸垂直移動(dòng)的透鏡系統(tǒng)，它被稱(chēng)為集光器。顧名思義，它的作用是把光線(xiàn)聚集到物體上，但實(shí)際上這是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。應(yīng)該說(shuō)集光器的主要功能是在物體上形成光源的像，這就使得被照明的物體接近于自發(fā)光物體的情形，有利于提高分辨力。在十九世紀(jì)后期正是由于集光器的使用，才使得分辨力的提高和像的質(zhì)量的改進(jìn)取得了滿(mǎn)意的進(jìn)展。

如圖5．1所示，集光器主要由透鏡系統(tǒng)和孔徑光闌所組成，孔徑光闌（圖5．1中D）處于透鏡系統(tǒng)的焦平面之外，它形成了顯微鏡的入瞳，當(dāng)光鬧逐漸關(guān)小時(shí)，照明光束的直徑變小，引起來(lái)自物體的光錐孔徑減小，因此被稱(chēng)為孔徑光闌。由于它遮擋了較遠(yuǎn)的邊部光線(xiàn)，不能到達(dá)物鏡（圖中的S’和s”），這就減少了散射光，從而導(dǎo)致了更好的像的反差。集光器能夠沿著光軸移動(dòng)，把光源的像準(zhǔn)確地聚焦在不同厚度標(biāo)本切片的物體平面上。在大多數(shù)情況下集光器處于齒輪架zui高的位置，它的自由工作距離決定了切片可允許的zui大厚度，一般這個(gè)自由工作距離是1—1．5mm。在集光器的下面裝有一個(gè)帶有反光鏡的叉座，反光鏡一面是平面而另一面是凹面，并且可以圍繞一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在內(nèi)組光源的情況下反光鏡裝在鏡座的內(nèi)部。

在一般生物顯微鏡中集光器的數(shù)值孔徑是通過(guò)孔徑光闌的大小來(lái)調(diào)節(jié)的，它對(duì)于像的質(zhì)量和分辨力有著顯著的影響。圖5．2表示集光器孔徑光聞不同的開(kāi)放程度對(duì)于到達(dá)物體的光錐的影響，圖5．3表示對(duì)應(yīng)于圖5.2的孔徑光闌開(kāi)放三種情況對(duì)多線(xiàn)染色體像的質(zhì)量的影響。從相互對(duì)應(yīng)的這兩個(gè)因中我們可以看出，當(dāng)孔徑光闌*打開(kāi)時(shí)，光錢(qián)的孔徑大于或等于物鏡的孔徑。由于在標(biāo)本上出現(xiàn)大量的散射光和閃光而產(chǎn)生昏暗的像，反差和分辨力都隨之降低（圖5．2A）。當(dāng)孔徑光闌稍微關(guān)小一些，對(duì)于使用染色切片的一般生物顯微鏡來(lái)說(shuō)是孔徑光闌稍小于物鏡的孔徑，即物銳孔徑的大約75%被光線(xiàn)充滿(mǎn)時(shí)，散射光和閃光就可以被有效地控制，隨之出現(xiàn)了較高的反差。在圖5．3B中多線(xiàn)染色體的捧狀結(jié)構(gòu)和條紋顯出清晰的輪廓。在這種情況下往往在案光器的大孔徑所引起的散射光、閃光和小孔徑所引起的歪曲的像之間得到了一個(gè)良好的協(xié)調(diào)。當(dāng)再關(guān)小孔徑光闌以至于*關(guān)閉時(shí)，光錐的孔徑太小，由于干涉和衍射現(xiàn)象像被歪曲，而且分辨力也隨之下降（圖5．3C）。

要得到數(shù)值孔徑為1.00或更大的照明光錐就必須使用集光器浸潤(rùn)，就是把一滴浸潤(rùn)介質(zhì)滴在集光器的前透鏡和載破片的下表面之間。如果對(duì)于光源像的質(zhì)量要求不是很高，實(shí)際上所有較高孔徑的集光器可以使用浸潤(rùn)也可以不使用浸潤(rùn)。當(dāng)然，當(dāng)用數(shù)值孔徑小于0.9的集光器時(shí)浸潤(rùn)的使用就沒(méi)有意義了。

在一般情況下直徑為幾個(gè)毫米的集光器所形成的光源的像將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物鏡的物場(chǎng)，然而對(duì)于放大倍數(shù)為3—4×以及更低的物鏡來(lái)說(shuō)，只有物場(chǎng)的中央部分被照明，而整個(gè)物場(chǎng)是不能*被照明的。照明區(qū)域的大小是由集光器的焦距（當(dāng)然不是它的數(shù)值孔徑）和光源的距離及大小所決定。解決較大物場(chǎng)照明的常用方法是使集光器的前透鏡（也稱(chēng)集光器頂）從光路中旋出，從圖5．4可以看出，當(dāng)旋出集光器前透鏡時(shí)，就能夠改變集光器的折射串并擴(kuò)大光源的像。雖然通過(guò)降低集光器也可以達(dá)到擴(kuò)大照明物場(chǎng)的目的，但是這與旋出前透鏡的情況不同，光源的像不再處于物體平面OP，這樣就會(huì)因得不到良好的照明條件而降低像的質(zhì)量。

在現(xiàn)代生物顯微鏡中大都使用這種具有可旋出前透鏡的集光器，在一些的研究顯微鏡中往往配備有幾個(gè)具不同矯正程度、工作距離和數(shù)值孔徑的集光器頂（圖5．5）。可以根據(jù)不同的工作目的和要求，以及所用物鏡的性能進(jìn)行更換，當(dāng)然，這只能用于非常精細(xì)的工作。

備注：生物顯微鏡--集光器的構(gòu)造和功能文章不得轉(zhuǎn)載http://www.cnnoptics.com/