显微镜光源及使用要点
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显微镜光源及使用要点
1.1 光源
在很多旧的显微镜书上所提到在理想的照明光源外有一层白色的遮蔽保护，而现在所使用的为电子照明。如果没有完整的照明系统内建在显微镜里，光源通常为一个电网电压玻璃电子灯泡装置在一个简单的外罩里，跟显微镜的镜子一起使用。这一类型的照明并不*适合在高功率下所使用，因为这一型的照明很大台、会制造大量的热而且只有很低的照明。如果有外部照明使用，外罩就不需要一块收集镜但是光源必需装设一个合适的虹膜光圈或是有不同大小的金属光圈设备。当显微镜使用光源集中模式时，将有适合的场光圈和控制照明的大小。如果有一个可聚焦收集镜安装在外部灯泡，将可以使用科勒照明。一些比较便宜的显微镜装有低功率、低瓦数灯泡，灯泡里头的灯丝设计的较平，将线圈紧密的缠绕在一起而且面对灯泡的玻璃覆盖的末端。这些是提供光来源的延伸。使用这一类型灯泡的显微镜有一片简单的收集镜，通常还有一片放在底面的毛玻璃来提供光的散射。虽然光灯泡是放置在显微镜的基座，照明设备可预先校准且显微镜在光源集中模式下可使用。很多实验用的显微镜有相同的类型的低电压灯泡，放置在前中心平台，此平台可以随着我们所需要去移动，制造出我们所想要的光源。
2.1灯丝的分类
钨丝灯泡的动力来源主要是经由电压控制变压器。灯泡发散出连续的光谱，从300到1500nm，大部份的能量输出都在长波长的范围里。这表示光有相对低的色温。当照射器的电压上升，照射器的发光及色温也一起很明显的增加。光源的色温在色彩显微照相术里很重要，他的单位为K。
传统灯泡的缺点就是他的输出会随着使用的时间而衰减，像钨会从灯丝上蒸发然后冷却凝结在灯泡玻璃内侧使得玻璃变黑。
现在很多显微镜都装设卤素灯泡，跟传统的钨丝灯泡相比，当操作在相同的电压下，卤素灯泡有很大的亮度、很高的色温。一些卤素灯泡虽然很小，但是在12伏特之下可输出100瓦的功率。以卤素灯泡来说，在硅玻璃外罩下的灯丝非常靠近，这样可以产生很高的灯丝温度，所以一般的玻璃无法承受这样的温度。卤素灯泡的高灯丝温度可以产生很高的照明。卤素灯泡另一种的特征就是硅玻璃不会随着使用的时间而变黑。这一类型的灯泡即使长时间使用，光的输出很明显的不会改变，然而色温却会随着灯泡使用的时间会有一些减少。卤素灯泡一样发射出连续频谱，当操作在相关的电压下，色温的范围大约是在3200-3250K。由此可裀卤素灯泡一直都在高温下操作，所以在光路径必需装有一片滤热镜，而且卤素灯泡要安装在通风良好的灯屋里。
当聚光镜将明场图像聚在样品面上，在工作台下方的聚光镜嵌合口，必须用一些方法将显微镜的光轴导向中央，几乎所有的聚光镜都有光圈在焦平面或靠近焦平面的地方，这种光圈是照光孔径光圈（光圈孔径是适合短工作距离的），它还限制了NA值，透过聚光镜，使圆锥光线不致于发散而且适合物镜的孔径，在旧的仪器上通常会提供彩色滤光片的嵌合口，以提高对比值，或色彩温度校正。
1.3 聚光型式
双镜片照明器的聚光镜较常使用在便宜的显微镜，由Ernst Abbe设计，在图6.2a有展示出，这种聚光镜对于色彩和球面像差没有修正，所以不适合用高质量的显微镜，Abbe聚光镜在光圈全开的时候产生圆锥型的光线，所以不会产生敏锐的聚焦（因为球面像差的关系），而是产生一个多重焦点的混乱区域（显示在图1.13），这代表由Abbe聚光镜所产生的影像不是那么的清析，而且在周围有彩色的光环（因为此种聚光镜缺少色彩调校），一个典型的Abbe双镜片照明器，利用'dry'，有zui大的孔径约0.5，Abbezui主要的好处是便宜和有很长的工作距离，而且有能力在物体上照亮很大的范围。
能得到高校正的聚光镜是比较好的结果，三镜片Abbe聚光镜或等光程聚光镜，有比一般Abbe聚光镜好的球面像差校正，不过仍然对色差没有改善，有一种'dry'NA值为0.65的油涂在载玻片底下，当它的孔径值达到1.2的时候，不管色差，这类型的的聚光镜常用在一般的显微镜上，zui贵的无色差/等光程聚光镜（图6.2c）在zui少两个波长下适当的染色，当载玻片涂上油，聚光镜可以提供圆锥状的等光程光线，其NA值约为1.4，某些聚光镜为了获得zui高的解析，使用高数值孔径且复消色差的浸油型物镜。
1.4 光源聚焦
控制样品的照明是基本的工作，操控光源照明确保可得到适宜观测结果，这些控制包含有样品的照明及限制样品中所需照明的区域，使光源照只射于样品某区域中使其可见是一个很好的练习，这可减少因散射强光降低图像对比。
这几年中，安排照明器及聚光镜方式已满足目前的需求，这老式方法称为”光源聚焦”的照明，在近几个世纪中已使用燃烧的油灯来达到光源聚焦的目的。现今，光源聚焦的照明方式仍广泛的使用于廉价的学生显微镜及利用额外的照明设备观测的业余使用者，像opal enlarger 灯泡这样的均匀光源，直接经由聚焦镜将光源聚于样品面上，而样品中被照明的区域是由位于照明器前方的照明光圈所控制的，一系列的共扼面将使得照明器表面、场光圈及样品聚焦于同一处，致使以上的影像将呈现于视网膜，为了改善这样的情况，照明的设备必需足够大、无明显的结构外型及在照明器表面具有均匀的光强度，当额外的照射光源必需使用时，光源聚焦的照明方式将适合于平常可见的显微镜系统，这样的设置是即简单又容易。
大多数近代的显微镜都使用低电压白炽灯或是钨丝卤素灯作为照明设备，由于钨丝照明器具有显著的结构，这使得无法用于光源聚焦的模式；然而，起初用于显微照相术由August Kolher所发明的技术却可用来取代，这是一种将钨丝灯置于集光镜后方之焦距处，而场发光光圈挂载于集光镜前方，如此一来显微聚光镜可将场发光光圈处之影像聚焦于待测样品平面上，然而集光镜只将钨丝照明器影像投射于聚光镜前的焦平面上（也就是光圈虹膜所在位置），因此照明器的影像将只会出现”光圈图表”的共扼面上，也就表示我们将不会再看到灯丝影像了。在这样的设置中，照明设置中的集光镜如同照射在样品平面上均匀的第二照射光源，这么一来似乎具备了可调整光源大小的均匀照明器；场光圈及样品的影像将会接替出现于”场图表”中的共扼面上，我们称为主要影像平面，并且会成像于视网膜上。
对（Kölher）科勒照明而言，照明灯箱必需符合集光镜，通常包含了非球状的组件，这样的集光镜系统必需能具足够的扩大投射白丝灯影像，使得聚光镜的zui大工作光圈充满了光源，在Kölher系统中光圈是符合集光透镜的，并作用为场照明光圈，这个动作，*是为修改物体所受照明区域的直径，由于样品受光学场以外的光影响导致散射光进入物镜中，并且自主要影像周围所造成的光在镜管中散射至目镜，除非我们将场照明光圈影像限制在合适的观测大小范围；第二，当将光圈部份关闭时，这可使得聚光镜完成聚焦动作，并且确认聚光镜置于中心处，当聚光镜聚好焦时，场光圈影像亦同时清楚地显示，如样品影像清晰的位于观测中心。
1.5表面照明
假如样品太厚导致光线透不过去，如光泽的金属块，或它们的颜色非常深，然后必须用入射光检查其表面，我们通常称表面照明，zui简单的型式，用一两个低能量的点照明灯座，在显微镜工作台上方倾斜一个角度，或使用自然光倾一个角度打在样品上，高能量的复合式显微镜对于光的要求必须更为严格，这样才能获得更佳的数据，有表面照明的显微镜，当光由适当的角度射入管子内的光轴，然后经由物镜里半穿透半反射且与光成45度的镜片反射到样品上，在一些较古老的显微镜，可以用简单的方法达到此目的，这种显微镜包含一片很薄的玻璃片，通常这种玻璃类似很小的圆盖玻片，然后在其上部份镀银，另一种不同的方法是使用较小且在背面有焦平面的棱镜，当入射光打到样品上时会有一个小小的斜向角度，以致于物镜的数值孔径会减小，现代的系统使用狭缝光束盒，而且允许全彩的Kohler光来射在样品上，如上面所说的传送光，表面照明也可使用斜向光来应用在明场和黑暗的环境。
现代的反射光照明设备接替镜是一个包含了一系列的光学照明系统，这个用灯丝投射影像到光圈孔径平面，这两个的图像靠镜片L2投射到物镜后方的焦平面，这就是传送光系统里的光线收集镜片，我们可以透过开关光圈孔径来控制光通过的量，且不会影响到物镜里镜片的孔镜，同时也顾及到从样品打回来的光，如果光圈孔径*放在物镜后方的焦平面，这个独立的校正是不可能的。
许多应用在生物上的显微镜包括了营光显微镜和共焦显微镜，这两者通常配有表面照明设备，而且发射的光通常都是低强度的且往往都有zui大的解析，这种显微术也可用于低反射的物质如煤，这些全部需要物镜片zui大的开口值，这个照明场的光圈嵌在里面，所以物镜投射它的影像到样本上，为了减少低反射样品上的辉度，控制好照明场的在表面照明范围的大小比输送光来的重要，值得注意的是，Kohler反射光系统，在相对位置和光圈孔径都与光源相反，光圈孔径开始接近光，因为它不是形容物镜后方焦平面的光圈位置（这样会限制图形的孔径），光圈被放置在预定的共厄面。