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顯微鏡光源種類

早期的顯微鏡專家依靠油燈和自然陽光為其原始（但常常非常精確）的顯微鏡提供外部照明源。 他們經常采用相當聰明的采光方法，例如在大白板上反射或在陰天散射陽光。 不幸的是，這些方法不能提供可靠的照明，并且通常場照明的區域大大超過物鏡的數值孔徑，造成眩光和泛光。

現代顯微鏡通常有一個可以控制到較高程度的整體光源。今天的顯微鏡最常見的來源是白熾鎢鹵素燈泡放置在一個反射性的住房，通過收集鏡頭投射到地下聚光鏡。燈電壓通過可變變阻器來控制，變阻器通常集成在顯微鏡支架中。一個典型的照明燈和外殼如圖1所示。該燈泡是一個鹵鎢燈，可在12伏的直流（DC）電壓下工作，并可產生高達100瓦的照明功率。燈電壓由內置于顯微鏡外殼內的直流電源控制，電壓控制旋鈕通常是安裝在顯微鏡支架某處的電位計。這些燈泡在運行過程中會產生大量熱量，并且外殼上設有多層散熱片以幫助散熱。燈的位置由照明器外殼側面的一系列旋鈕控制，或專門為外殼預定中心。來自燈箱的光線通過一個聚光透鏡（圖1）導入顯微鏡基座，然后經過一個燒結玻璃漫射器，然后聚焦在聚光鏡的孔徑光闌上。

白熾燈 - 白熾鎢基燈是現代顯微鏡中使用的主要照明光源，用于熒光顯微鏡檢查的照明光源除外。這些燈是散熱器，可發出從約300納米延伸至1200-1400納米以上的連續光譜，其中大部分波長強度集中在600-1200納米區域，如圖2所示。其設計，結構，操作簡單，由一個裝有惰性氣體的封閉玻璃燈泡組成，并包含一個由直流電流激勵的鎢絲燈絲。燈泡產生大量的熱量和光線，但光線只占其能量輸出的5％至10％。鎢燈（但不是鎢鹵素燈）在操作上與普通家用燈泡相似，并且同樣傾向于受到幾個缺點，例如隨著蒸發的鎢慢慢沉積，隨著年齡的增加和內部封套的黑化，強度下降。這些燈的色溫和亮度隨著施加的電壓而變化，但是平均值范圍從大約2200K到3400K。當這些燈用于彩色膠片的顯微攝影時，顯微鏡專家必須使用產生色溫匹配的燈電壓通常在3150K到3250K之間的某個范圍內。通常，通過將濾光片插入光路中以平衡對于膠片乳劑色溫的照明，必須對顯微攝影進行微調。

鎢燈在設計上差異很大，制造商提供的多種型號具有多種信封形狀，安裝夾具和燈絲布置。光學顯微鏡中使用的鎢燈的典型選擇如圖3所示。圖3（a）中的燈泡是6-12伏方形鎢絲，帶有青銅卡口基座，設計用于圓柱體的末端燈泡面向收集鏡頭。圖3（b）所示的圓形信封燈泡也有一個青銅卡口基座，但這個功率較低的6伏燈泡可定位為側向或端部投射光線。圖3（c）中的燈泡也有一個圓形的外殼，但配有愛迪生螺紋底座。工作電壓在6到30伏之間時，該燈泡設計為端接使用。

圖3（d）所示的燈泡與圖3（a）中的燈泡非常相似，只是具有延伸的玻璃外殼。它配備了黃銅刺刀基座，是在東歐建造的許多顯微鏡中使用的常見設計。圖3（e）展示了一種現代鹵鎢燈（有時稱為石英碘燈泡）。這些燈現在是日本，美國和西歐制造的大多數顯微鏡的標準設備。鹵鎢燈具有緊湊型燈泡，與普通白熾燈相比具有許多優點，其中最引人注目的是它們的亮光，更小的尺寸，更均勻的照明，更長的燈泡壽命和更高的經濟性。與鎢絲白熾燈不同，鹵鎢燈鹵素燈加入到玻璃填充物中。鹵素（通常是碘）確保所有蒸發的鎢返回到燈絲并不沉積在玻璃外殼上。

警告！

鹵鎢燈在非常高的溫度下工作，如果在高溫下處理，可能會導致嚴重的燒傷。更換這些燈泡時，請始終讓其冷卻至少20分鐘，然后將其從燈箱中取出。避免直接握住燈泡外殼，因為信封上留下的指紋會燒傷玻璃，經常會引發燈泡過早失效。制造商將鹵鎢燈放入防護塑料袋中以避免處理問題。使用一把剪刀在鎢釘附近切割袋子，并將燈泡插入其固定器中，同時仍留在袋子中。燈泡正確放置在燈箱內時，請取出袋子。

鎢鹵燈的燈絲通常是安裝在硼硅酸鹽鹵化物玻璃（通常稱為“熔凝石英”）外殼中的非常緊湊的陣列。這些燈的工作電壓范圍為4-24伏，額定功率為20-100瓦。它們具有非常高的燈絲工作溫度，將其用于帶有扇形散熱片的通風良好的燈座，以消除這些燈泡產生的巨大熱量?；且环N雙引腳型，鎢絲引線與硼硅酸鹽玻璃外殼熔合。鎢鹵素燈泡的照明在整個燈泡壽命期間非常均勻，可在1000-2500小時范圍內使用。盡管隨著燈泡開始老化，色溫值有所下降，但鎢鹵素燈泡發出的色溫范圍為2700-3350 K（取決于電壓）的連續光譜

圖3（f）所示的燈是一種鎢 - 鹵素二向色反射器，通常用于光纖光源，如上圖4所示。該反射器通過允許大部分紅外輻射由這些燈泡產生的光穿過二向色反射鏡殼體，同時反射較短的可見光和近紫外波長。這些燈的工作電壓為6到21伏直流電，通常放置在燈箱內，用于控制工作電壓以及通過散熱風扇去除多余的熱量。使用這些燈的照明器通常被稱為“石英鹵素”光纖燈座，其提供高強度照明，但具有以熱量形式產生大量紅外光的缺點。樣本上的直接照明通常會導致樣本高度吸收熱量，應注意確保不會導致樣本退化。圖4所示的燈箱包含光纖管端部的透鏡元件，可以將光聚焦到樣品上。

此外還有其他外圍組件，如彩色玻璃濾光片，用于制作特殊效果照明和偏光鏡，這些偏光鏡附著在鏡頭元件上，以便利用偏振光進行照明。這些光源通常用作輔助傾斜照明，用于帶復合和體視顯微鏡的反射光顯微鏡。如圖5所示，專門設計的環形照明器可用于創建明亮的360°冷白色無陰影均勻強度照明。它們被設計用于直接安裝到立體顯微鏡物鏡，即使在高倍率和長工作距離（1.5到10英寸）物鏡時也很有用，在重新對焦或使用變焦功能時無需光線調節。偏振單元是為環形光導制造的，因此反射回物鏡的光線可以被偏振。還有玻璃和明膠濾鏡套件可以與這些照明附件一起使用。

未配備內部照明源的顯微鏡必須使用外部光源為樣品提供照明。一個典型的外部照明源如圖6所示。這些照明器可能包含各種白熾鎢燈，包括6-12伏直流燈以及120伏的線圈燈絲燈，其功率額定值為25-100瓦。

圖6所示的直流供電版本的外部照明源經常有一個外部電源，可將120伏的墻壁電源轉換為燈所需的6-12伏直流電。這些光源通常配備漫射器以平衡光線強度以及濾光片，以幫助色彩平衡。某些型號還為偏光片提供了空間，以便可以使用外部燈進行偏光顯微鏡檢查。燈具通常有一個“場”光圈，使顯微鏡專家能夠調整進入顯微鏡的光束的直徑。外部光源將光線聚焦到平臺反射鏡上，必須仔細調整以將光線以適當的角度反射到聚光鏡中，以使進入物鏡的光線在顯微鏡的光軸內“居中”。

弧燈 - 汞蒸氣燈，氙弧燈和鋯弧燈也是特殊形式顯微鏡照明的有用光源。這些燈由外部電源控制，設計用于滿足首先點亮燈的電氣要求，然后提供正確的電流以保持恒定的照明。圖7中示出了幾種典型的弧光燈設計。圖7（a）中的燈是配備有點火器電極的汞蒸氣燈，并且圖7（b）中的燈是現代HBO 200瓦水銀短弧燈，其由交流電流通過外部電源。這個和其他類似的弧光燈電源將提供足夠的啟動功率來點燃燃燒器（通過電離氣態蒸氣）并使其以最小的閃爍保持燃燒。

弧光燈的平均使用壽命約為200小時，大多數外部電源都配有一個計時器，可以讓顯微鏡員監測已經過了多長時間。 汞弧燈（通常稱為“燃燒器”）的功率范圍從50瓦到200瓦，通常由兩個密封在高壓下的電極密封在石英玻璃外殼中，該外殼還含有汞。 這些弧光燈不能提供從近紫外到紅外的整個光譜范圍內的均勻強度（參見圖8中汞弧燈的發射光譜）。

汞燈的大部分強度都用于近紫外線，強度峰值在313,334,365,406,435,546和578納米處。 這些燈通常不適用于大多數形式的顯微鏡（除熒光顯微鏡外），但作為黑白顯微照相的優異單色光源。 使用適當的濾光片，546納米的綠線，435納米的藍線和365或406納米的近紫外線可以在選定的波長區域產生出色的單色光。 對于明場，暗場，DIC或偏振彩色顯微照相，永遠不要使用水銀蒸汽弧光燈，因為燈的有限發射光譜不會產生真實的樣品色彩再現。

氙弧燈在可見光譜中的強度比汞蒸氣燈強得多（見圖9）;它們不具有汞燈特有的非常高的光譜強度峰值。氙燈缺乏紫外線;它們在紅外線中的強度大部分消耗，因此使用這種燈需要注意控制熱量。短間隙氙燈通常更合乎需要，因為弧的大小使得其光更容易包含在物鏡的后孔內，從而避免浪費光強。