生物显微镜--集光器的构造和功能

生物显微镜的光源前面都装有一个可以沿光轴垂直移动的透镜系统，它被称为集光器。顾名思义，它的作用是把光线聚集到物体上，但实际上这是一个很复杂的问题。应该说集光器的主要功能是在物体上形成光源的像，这就使得被照明的物体接近于自发光物体的情形，有利于提高分辨力。在十九世纪后期正是由于集光器的使用，才使得分辨力的提高和像的质量的改进取得了满意的进展。

如图5．1所示，集光器主要由透镜系统和孔径光阑所组成，孔径光阑（图5．1中D）处于透镜系统的焦平面之外，它形成了显微镜的入瞳，当光闹逐渐关小时，照明光束的直径变小，引起来自物体的光锥孔径减小，因此被称为孔径光阑。由于它遮挡了较远的边部光线，不能到达物镜（图中的S’和s”），这就减少了散射光，从而导致了更好的像的反差。集光器能够沿着光轴移动，把光源的像准确地聚焦在不同厚度标本切片的物体平面上。在大多数情况下集光器处于齿轮架zui高的位置，它的自由工作距离决定了切片可允许的zui大厚度，一般这个自由工作距离是1—1．5mm。在集光器的下面装有一个带有反光镜的叉座，反光镜一面是平面而另一面是凹面，并且可以围绕一个轴转动，在内组光源的情况下反光镜装在镜座的内部。

在一般生物显微镜中集光器的数值孔径是通过孔径光阑的大小来调节的，它对于像的质量和分辨力有着显著的影响。图5．2表示集光器孔径光闻不同的开放程度对于到达物体的光锥的影响，图5．3表示对应于图5.2的孔径光阑开放三种情况对多线染色体像的质量的影响。从相互对应的这两个因中我们可以看出，当孔径光阑完全打开时，光钱的孔径大于或等于物镜的孔径。由于在标本上出现大量的散射光和闪光而产生昏暗的像，反差和分辨力都随之降低（图5．2A）。当孔径光阑稍微关小一些，对于使用染色切片的一般生物显微镜来说zui好是孔径光阑稍小于物镜的孔径，即物锐孔径的大约75%被光线充满时，散射光和闪光就可以被有效地控制，随之出现了较高的反差。在图5．3B中多线染色体的捧状结构和条纹显出清晰的轮廓。在这种情况下往往在案光器的大孔径所引起的散射光、闪光和小孔径所引起的歪曲的像之间得到了一个良好的协调。当再关小孔径光阑以至于完全关闭时，光锥的孔径太小，由于干涉和衍射现象像被歪曲，而且分辨力也随之下降（图5．3C）。

要得到数值孔径为1.00或更大的照明光锥就必须使用集光器浸润，就是把一滴浸润介质滴在集光器的前透镜和载破片的下表面之间。如果对于光源像的质量要求不是很高，实际上所有较高孔径的集光器可以使用浸润也可以不使用浸润。当然，当用数值孔径小于0.9的集光器时浸润的使用就没有意义了。

在一般情况下直径为几个毫米的集光器所形成的光源的像将远远大于物镜的物场，然而对于放大倍数为3—4×以及更低的物镜来说，只有物场的中央部分被照明，而整个物场是不能完全被照明的。照明区域的大小是由集光器的焦距（当然不是它的数值孔径）和光源的距离及大小所决定。解决较大物场照明的常用方法是使集光器的前透镜（也称集光器顶）从光路中旋出，从图5．4可以看出，当旋出集光器前透镜时，就能够改变集光器的折射串并扩大光源的像。虽然通过降低集光器也可以达到扩大照明物场的目的，但是这与旋出前透镜的情况不同，光源的像不再处于物体平面OP，这样就会因得不到良好的照明条件而降低像的质量。

在现代生物显微镜中大都使用这种具有可旋出前透镜的集光器，在一些高级的研究显微镜中往往配备有几个具不同矫正程度、工作距离和数值孔径的集光器顶（图5．5）。可以根据不同的工作目的和要求，以及所用物镜的性能进行更换，当然，这只能用于非常精细的工作。