生物顯微鏡集光器的構造和功能

生物顯微鏡--集光器的構造和功能

生物顯微鏡的光源前面都裝有一個可以沿光軸垂直移動的透鏡系統，它被稱為集光器。顧名思義，它的作用是把光線聚集到物體上，但實際上這是一個很復雜的問題。應該說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光物體的情形，有利于提高分辨力。在十九世紀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量的改進取得了滿意的進展。

如圖5．1所示，集光器主要由透鏡系統和孔徑光闌所組成，孔徑光闌（圖5．1中D）處于透鏡系統的焦平面之外，它形成了顯微鏡的入瞳，當光鬧逐漸關小時，照明光束的直徑變小，引起來自物體的光錐孔徑減小，因此被稱為孔徑光闌。由于它遮擋了較遠的邊部光線，不能到達物鏡（圖中的S’和s”），這就減少了散射光，從而導致了更好的像的反差。集光器能夠沿著光軸移動，把光源的像準確地聚焦在不同厚度標本切片的物體平面上。在大多數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，一般這個自由工作距離是1—1．5mm。在集光器的下面裝有一個帶有反光鏡的叉座，反光鏡一面是平面而另一面是凹面，并且可以圍繞一個軸轉動，在內組光源的情況下反光鏡裝在鏡座的內部。

在一般生物顯微鏡中集光器的數值孔徑是通過孔徑光闌的大小來調節的，它對于像的質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放程度對于到達物體的光錐的影響，圖5．3表示對應于圖5.2的孔徑光闌開放三種情況對多線染色體像的質量的影響。從相互對應的這兩個因中我們可以看出，當孔徑光闌完全打開時，光錢的孔徑大于或等于物鏡的孔徑。由于在標本上出現大量的散射光和閃光而產生昏暗的像，反差和分辨力都隨之降低（圖5．2A）。當孔徑光闌稍微關小一些，對于使用染色切片的一般生物顯微鏡來說zui好是孔徑光闌稍小于物鏡的孔徑，即物銳孔徑的大約75%被光線充滿時，散射光和閃光就可以被有效地控制，隨之出現了較高的反差。在圖5．3B中多線染色體的捧狀結構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良好的協調。當再關小孔徑光闌以至于完全關閉時，光錐的孔徑太小，由于干涉和衍射現象像被歪曲，而且分辨力也隨之下降（圖5．3C）。

要得到數值孔徑為1.00或更大的照明光錐就必須使用集光器浸潤，就是把一滴浸潤介質滴在集光器的前透鏡和載破片的下表面之間。如果對于光源像的質量要求不是很高，實際上所有較高孔徑的集光器可以使用浸潤也可以不使用浸潤。當然，當用數值孔徑小于0.9的集光器時浸潤的使用就沒有意義了。

在一般情況下直徑為幾個毫米的集光器所形成的光源的像將遠遠大于物鏡的物場，然而對于放大倍數為3—4×以及更低的物鏡來說，只有物場的中央部分被照明，而整個物場是不能完全被照明的。照明區域的大小是由集光器的焦距（當然不是它的數值孔徑）和光源的距離及大小所決定。解決較大物場照明的常用方法是使集光器的前透鏡（也稱集光器頂）從光路中旋出，從圖5．4可以看出，當旋出集光器前透鏡時，就能夠改變集光器的折射串并擴大光源的像。雖然通過降低集光器也可以達到擴大照明物場的目的，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，這樣就會因得不到良好的照明條件而降低像的質量。

在現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，在一些高級的研究顯微鏡中往往配備有幾個具不同矯正程度、工作距離和數值孔徑的集光器頂（圖5．5）。可以根據不同的工作目的和要求，以及所用物鏡的性能進行更換，當然，這只能用于非常精細的工作。