顯微鏡光源及使用要點(diǎn)
1.1 光源
在很多舊的顯微鏡書上所提到在理想的照明光源外有一層白色的遮蔽保護(hù)，而現(xiàn)在所使用的為電子照明。如果沒有完整的照明系統(tǒng)內(nèi)建在顯微鏡里，光源通常為一個(gè)電網(wǎng)電壓玻璃電子燈泡裝置在一個(gè)簡(jiǎn)單的外罩里，跟顯微鏡的鏡子一起使用。這一類型的照明并不*適合在高功率下所使用，因?yàn)檫@一型的照明很大臺(tái)、會(huì)制造大量的熱而且只有很低的照明。如果有外部照明使用，外罩就不需要一塊收集鏡但是光源必需裝設(shè)一個(gè)合適的虹膜光圈或是有不同大小的金屬光圈設(shè)備。當(dāng)顯微鏡使用光源集中模式時(shí)，將有適合的場(chǎng)光圈和控制照明的大小。如果有一個(gè)可聚焦收集鏡安裝在外部燈泡，將可以使用科勒照明。一些比較便宜的顯微鏡裝有低功率、低瓦數(shù)燈泡，燈泡里頭的燈絲設(shè)計(jì)的較平，將線圈緊密的纏繞在一起而且面對(duì)燈泡的玻璃覆蓋的末端。這些是提供光來(lái)源的延伸。使用這一類型燈泡的顯微鏡有一片簡(jiǎn)單的收集鏡，通常還有一片放在底面的毛玻璃來(lái)提供光的散射。雖然光燈泡是放置在顯微鏡的基座，照明設(shè)備可預(yù)先校準(zhǔn)且顯微鏡在光源集中模式下可使用。很多實(shí)驗(yàn)用的顯微鏡有相同的類型的低電壓燈泡，放置在前中心平臺(tái)，此平臺(tái)可以隨著我們所需要去移動(dòng)，制造出我們所想要的光源。
2.1燈絲的分類
鎢絲燈泡的動(dòng)力來(lái)源主要是經(jīng)由電壓控制變壓器。燈泡發(fā)散出連續(xù)的光譜，從300到1500nm，大部份的能量輸出都在長(zhǎng)波長(zhǎng)的范圍里。這表示光有相對(duì)低的色溫。當(dāng)照射器的電壓上升，照射器的發(fā)光及色溫也一起很明顯的增加。光源的色溫在色彩顯微照相術(shù)里很重要，他的單位為K。
傳統(tǒng)燈泡的缺點(diǎn)就是他的輸出會(huì)隨著使用的時(shí)間而衰減，像鎢會(huì)從燈絲上蒸發(fā)然后冷卻凝結(jié)在燈泡玻璃內(nèi)側(cè)使得玻璃變黑。
現(xiàn)在很多顯微鏡都裝設(shè)鹵素?zé)襞荩鷤鹘y(tǒng)的鎢絲燈泡相比，當(dāng)操作在相同的電壓下，鹵素?zé)襞萦泻艽蟮牧炼?、很高的色溫。一些鹵素?zé)襞蓦m然很小，但是在12伏特之下可輸出100瓦的功率。以鹵素?zé)襞輥?lái)說(shuō)，在硅玻璃外罩下的燈絲非?？拷@樣可以產(chǎn)生很高的燈絲溫度，所以一般的玻璃無(wú)法承受這樣的溫度。鹵素?zé)襞莸母邿艚z溫度可以產(chǎn)生很高的照明。鹵素?zé)襞萘硪环N的特征就是硅玻璃不會(huì)隨著使用的時(shí)間而變黑。這一類型的燈泡即使長(zhǎng)時(shí)間使用，光的輸出很明顯的不會(huì)改變，然而色溫卻會(huì)隨著燈泡使用的時(shí)間會(huì)有一些減少。鹵素?zé)襞菀粯影l(fā)射出連續(xù)頻譜，當(dāng)操作在相關(guān)的電壓下，色溫的范圍大約是在3200-3250K。由此可裀鹵素?zé)襞菀恢倍荚诟邷叵虏僮?，所以在光路徑必需裝有一片濾熱鏡，而且鹵素?zé)襞菀惭b在通風(fēng)良好的燈屋里。
當(dāng)聚光鏡將明場(chǎng)圖像聚在樣品面上，在工作臺(tái)下方的聚光鏡嵌合口，必須用一些方法將顯微鏡的光軸導(dǎo)向中央，幾乎所有的聚光鏡都有光圈在焦平面或靠近焦平面的地方，這種光圈是照光孔徑光圈（光圈孔徑是適合短工作距離的），它還限制了NA值，透過(guò)聚光鏡，使圓錐光線不致于發(fā)散而且適合物鏡的孔徑，在舊的儀器上通常會(huì)提供彩色濾光片的嵌合口，以提高對(duì)比值，或色彩溫度校正。
1.3
聚光型式
雙鏡片照明器的聚光鏡較常使用在便宜的顯微鏡，由Ernst Abbe設(shè)計(jì)，在圖6.2a有展示出，這種聚光鏡對(duì)于色彩和球面像差沒有修正，所以不適合用高質(zhì)量的顯微鏡，Abbe聚光鏡在光圈全開的時(shí)候產(chǎn)生圓錐型的光線，所以不會(huì)產(chǎn)生敏銳的聚焦（因?yàn)榍蛎嫦癫畹年P(guān)系），而是產(chǎn)生一個(gè)多重焦點(diǎn)的混亂區(qū)域（顯示在圖1.13），這代表由Abbe聚光鏡所產(chǎn)生的影像不是那么的清析，而且在周圍有彩色的光環(huán)（因?yàn)榇朔N聚光鏡缺少色彩調(diào)校），一個(gè)典型的Abbe雙鏡片照明器，利用'dry'，有zui大的孔徑約0.5，Abbezui主要的好處是便宜和有很長(zhǎng)的工作距離，而且有能力在物體上照亮很大的范圍。
能得到高校正的聚光鏡是比較好的結(jié)果，三鏡片Abbe聚光鏡或等光程聚光鏡，有比一般Abbe聚光鏡好的球面像差校正，不過(guò)仍然對(duì)色差沒有改善，有一種'dry'NA值為0.65的油涂在載玻片底下，當(dāng)它的孔徑值達(dá)到1.2的時(shí)候，不管色差，這類型的的聚光鏡常用在一般的顯微鏡上，zui貴的無(wú)色差/等光程聚光鏡（圖6.2c）在zui少兩個(gè)波長(zhǎng)下適當(dāng)?shù)娜旧?，?dāng)載玻片涂上油，聚光鏡可以提供圓錐狀的等光程光線，其NA值約為1.4，某些聚光鏡為了獲得zui高的解析，使用高數(shù)值孔徑且復(fù)消色差的浸油型物鏡。
1.4 光源聚焦
控制樣品的照明是基本的工作，操控光源照明確?？傻玫竭m宜觀測(cè)結(jié)果，這些控制包含有樣品的照明及限制樣品中所需照明的區(qū)域，使光源照只射于樣品某區(qū)域中使其可見是一個(gè)很好的練習(xí)，這可減少因散射強(qiáng)光降低圖像對(duì)比。
這幾年中，安排照明器及聚光鏡方式已滿足目前的需求，這老式方法稱為”光源聚焦”的照明，在近幾個(gè)世紀(jì)中已使用燃燒的油燈來(lái)達(dá)到光源聚焦的目的。現(xiàn)今，光源聚焦的照明方式仍廣泛的使用于廉價(jià)的學(xué)生顯微鏡及利用額外的照明設(shè)備觀測(cè)的業(yè)余使用者，像opal enlarger 燈泡這樣的均勻光源，直接經(jīng)由聚焦鏡將光源聚于樣品面上，而樣品中被照明的區(qū)域是由位于照明器前方的照明光圈所控制的，一系列的共扼面將使得照明器表面、場(chǎng)光圈及樣品聚焦于同一處，致使以上的影像將呈現(xiàn)于視網(wǎng)膜，為了改善這樣的情況，照明的設(shè)備必需足夠大、無(wú)明顯的結(jié)構(gòu)外型及在照明器表面具有均勻的光強(qiáng)度，當(dāng)額外的照射光源必需使用時(shí)，光源聚焦的照明方式將適合于平?？梢姷娘@微鏡系統(tǒng)，這樣的設(shè)置是即簡(jiǎn)單又容易。
大多數(shù)近代的顯微鏡都使用低電壓白熾燈或是鎢絲鹵素?zé)糇鳛檎彰髟O(shè)備，由于鎢絲照明器具有顯著的結(jié)構(gòu)，這使得無(wú)法用于光源聚焦的模式；然而，起初用于顯微照相術(shù)由August Kolher所發(fā)明的技術(shù)卻可用來(lái)取代，這是一種將鎢絲燈置于集光鏡后方之焦距處，而場(chǎng)發(fā)光光圈掛載于集光鏡前方，如此一來(lái)顯微聚光鏡可將場(chǎng)發(fā)光光圈處之影像聚焦于待測(cè)樣品平面上，然而集光鏡只將鎢絲照明器影像投射于聚光鏡前的焦平面上（也就是光圈虹膜所在位置），因此照明器的影像將只會(huì)出現(xiàn)”光圈圖表”的共扼面上，也就表示我們將不會(huì)再看到燈絲影像了。在這樣的設(shè)置中，照明設(shè)置中的集光鏡如同照射在樣品平面上均勻的第二照射光源，這么一來(lái)似乎具備了可調(diào)整光源大小的均勻照明器；場(chǎng)光圈及樣品的影像將會(huì)接替出現(xiàn)于”場(chǎng)圖表”中的共扼面上，我們稱為主要影像平面，并且會(huì)成像于視網(wǎng)膜上。
對(duì)（Kölher）科勒照明而言，照明燈箱必需符合集光鏡，通常包含了非球狀的組件，這樣的集光鏡系統(tǒng)必需能具足夠的擴(kuò)大投射白絲燈影像，使得聚光鏡的zui大工作光圈充滿了光源，在Kölher系統(tǒng)中光圈是符合集光透鏡的，并作用為場(chǎng)照明光圈，這個(gè)動(dòng)作，*是為修改物體所受照明區(qū)域的直徑，由于樣品受光學(xué)場(chǎng)以外的光影響導(dǎo)致散射光進(jìn)入物鏡中，并且自主要影像周圍所造成的光在鏡管中散射至目鏡，除非我們將場(chǎng)照明光圈影像限制在合適的觀測(cè)大小范圍；第二，當(dāng)將光圈部份關(guān)閉時(shí)，這可使得聚光鏡完成聚焦動(dòng)作，并且確認(rèn)聚光鏡置于中心處，當(dāng)聚光鏡聚好焦時(shí)，場(chǎng)光圈影像亦同時(shí)清楚地顯示，如樣品影像清晰的位于觀測(cè)中心。
1.5
表面照明
假如樣品太厚導(dǎo)致光線透不過(guò)去，如光澤的金屬塊，或它們的顏色非常深，然后必須用入射光檢查其表面，我們通常稱表面照明，zui簡(jiǎn)單的型式，用一兩個(gè)低能量的點(diǎn)照明燈座，在顯微鏡工作臺(tái)上方傾斜一個(gè)角度，或使用自然光傾一個(gè)角度打在樣品上，高能量的復(fù)合式顯微鏡對(duì)于光的要求必須更為嚴(yán)格，這樣才能獲得更佳的數(shù)據(jù)，有表面照明的顯微鏡，當(dāng)光由適當(dāng)?shù)慕嵌壬淙牍茏觾?nèi)的光軸，然后經(jīng)由物鏡里半穿透半反射且與光成45度的鏡片反射到樣品上，在一些較古老的顯微鏡，可以用簡(jiǎn)單的方法達(dá)到此目的，這種顯微鏡包含一片很薄的玻璃片，通常這種玻璃類似很小的圓蓋玻片，然后在其上部份鍍銀，另一種不同的方法是使用較小且在背面有焦平面的棱鏡，當(dāng)入射光打到樣品上時(shí)會(huì)有一個(gè)小小的斜向角度，以致于物鏡的數(shù)值孔徑會(huì)減小，現(xiàn)代的系統(tǒng)使用狹縫光束盒，而且允許全彩的Kohler光來(lái)射在樣品上，如上面所說(shuō)的傳送光，表面照明也可使用斜向光來(lái)應(yīng)用在明場(chǎng)和黑暗的環(huán)境。
現(xiàn)代的反射光照明設(shè)備接替鏡是一個(gè)包含了一系列的光學(xué)照明系統(tǒng)，這個(gè)用燈絲投射影像到光圈孔徑平面，這兩個(gè)的圖像靠鏡片L2投射到物鏡后方的焦平面，這就是傳送光系統(tǒng)里的光線收集鏡片，我們可以透過(guò)開關(guān)光圈孔徑來(lái)控制光通過(guò)的量，且不會(huì)影響到物鏡里鏡片的孔鏡，同時(shí)也顧及到從樣品打回來(lái)的光，如果光圈孔徑*放在物鏡后方的焦平面，這個(gè)獨(dú)立的校正是不可能的。
許多應(yīng)用在生物上的顯微鏡包括了營(yíng)光顯微鏡和共焦顯微鏡，這兩者通常配有表面照明設(shè)備，而且發(fā)射的光通常都是低強(qiáng)度的且往往都有zui大的解析，這種顯微術(shù)也可用于低反射的物質(zhì)如煤，這些全部需要物鏡片zui大的開口值，這個(gè)照明場(chǎng)的光圈嵌在里面，所以物鏡投射它的影像到樣本上，為了減少低反射樣品上的輝度，控制好照明場(chǎng)的在表面照明范圍的大小比輸送光來(lái)的重要，值得注意的是，Kohler反射光系統(tǒng)，在相對(duì)位置和光圈孔徑都與光源相反，光圈孔徑開始接近光，因?yàn)樗皇切稳菸镧R后方焦平面的光圈位置（這樣會(huì)限制圖形的孔徑），光圈被放置在預(yù)定的共厄面。
