显微镜光源

2021-08-30 09:38:29 admin 4

显微镜的光源有很多种,发展的历史也很漫长,人们经过漫长的实验,探索,才发展到显微镜拥有这么多的照明方式,下面我们就来聊聊显微镜的光源发展史,和显微镜照明的种种方式吧。

早期的显微镜学家依靠油灯和自然阳光为其原始(但通常非常准确)显微镜提供外部照明源。他们经常采用相当巧妙的收集光线的方法,例如从大白板上反射或在阴天散射阳光。不幸的是,这些方法不能提供可靠的照明,并且经常是场照明区域大大超过物镜的数值孔径,导致眩光和泛光。

现代显微镜通常有一个可以控制到相对较高程度的集成光源。当今显微镜最常见的光源是位于反射外壳中的白炽钨卤素灯泡,该灯泡将光线通过收集器透镜投射到台下聚光器中。灯电压通过可变变阻器控制,该变阻器通常集成到显微镜支架中。典型的照明灯和外壳如图 1 所示。灯泡是一种卤钨灯,可在 12 伏的直流 (DC) 电压下工作并产生高达 100 瓦的照明功率。灯电压由通常内置在显微镜外壳中的直流电源控制,电压控制旋钮通常是安装在显微镜支架某处的电位计。这些灯泡在运行过程中会产生大量热量,外壳设有多层散热片以帮助散发多余的热量。灯的位置由照明器外壳侧面的一系列旋钮控制,或者专门针对外壳进行预居中。来自灯箱的光通过聚光透镜(图 1)直接进入显微镜底座,然后经常通过烧结玻璃漫射器,然后聚焦在聚光镜的孔径光阑上。


白炽灯- 白炽钨基灯是现代显微镜中使用的主要照明源,但用于荧光显微镜研究的灯除外。这些灯是热辐射器,可发射从大约 300 纳米到 1200-1400 纳米的连续光谱,大部分波长强度集中在 600-1200 纳米区域,如图 2 所示。它们的设计、构造操作很简单,它由一个封闭的玻璃灯泡组成,里面充满了惰性气体,并包含一根由直流电流供电的钨丝灯丝。灯泡产生大量的热量和光,但光只占其能量输出的 5% 到 10%。钨灯(但不是卤钨灯)在操作上与普通家用灯泡相似,同样也有一些缺点,例如随着时间的推移强度降低,以及随着蒸发的钨缓慢沉积,内部外壳变黑。这些灯的色温和亮度随施加的电压而变化,但平均值范围从大约 2200 K 到 3400 K。当这些灯用于彩色胶片的显微摄影时,显微镜工作者必须使用产生色温匹配的灯电压胶片乳剂的色温,通常在 3150 K 和 3250 K 之间的某个范围内。通常,必须通过将滤光片插入光路来微调显微摄影的色温,以平衡胶片乳剂色温的照明。


灯丝对齐

探索如何对齐灯丝以实现科勒照明。


钨丝灯的设计差异很大,制造商提供的各种型号具有各种外壳形状、安装固定装置和灯丝排列。图 3 显示了光学显微镜中使用的典型钨灯选择。图 3(a) 中的灯泡是 6-12 伏方形钨丝,带有青铜卡口底座,设计用于圆柱形末端灯泡朝向聚光透镜。图 3(b) 中所示的圆形包络灯泡也有一个青铜卡口底座,但这种功率较小的 6 伏灯泡可以放置在侧面或端部投射光。图 3(c) 中的灯泡也有一个圆形外壳,但配备了爱迪生螺纹底座。该灯泡的工作电压在 6 到 30 伏之间,设计用于直接使用。

图 3(d) 中所示的灯泡与图 3(a) 中的灯泡非常相似,只是玻璃外壳加长了。它配备了黄铜卡口底座,是东欧制造的许多显微镜中使用的常见设计。现代卤钨灯(有时称为石英碘灯泡)如图 3(e) 所示。这些灯现在是日本、美国和西欧制造的大多数显微镜的标准设备。卤钨灯具有紧凑的灯泡,与普通白炽灯相比具有许多优点,最显着的是它们的光亮、尺寸更小、照明均匀、灯泡寿命更长和更经济。与钨丝白炽灯不同,卤钨灯在填充玻璃中添加了卤素。

警告!
卤钨灯在非常高的温度下工作,如果在高温下处理可能会导致严重的烧伤。更换这些灯时,请务必让它们冷却至少 20 分钟,然后再将它们从灯箱中取出。避免直接交出灯泡外壳,因为留在外壳上的指纹会被烧到玻璃上,通常会导致灯泡过早失效。制造商将卤钨灯包装在保护性塑料袋中以避免处理问题。用一把剪刀在钨针附近剪开袋子,然后将灯插入其支架,同时灯仍留在袋子中。当灯正确放置在灯箱中时,取出袋子。

卤钨灯的灯丝通常是非常紧凑的阵列,安装在硼硅酸盐卤化物玻璃(通常称为“熔融石英”)外壳中。这些灯的工作电压范围为 4-24 伏,额定功率为 20-100 瓦。它们具有非常高的灯丝工作温度,将它们的使用限制在带有扇形散热器的通风良好的灯箱中,以消除这些灯泡产生的大量热量。底座为两针式,钨引线熔合到硼硅酸盐玻璃外壳上。卤素钨灯泡的照明在整个灯泡寿命期间(可从 1000-2500 小时不等)非常均匀。卤钨灯泡发出连续光谱,色温范围为 2700-3350 K(取决于电压),

图 3(f) 中所示的灯是一种钨卤素二向色反射器,通常用于光纤光源,如图 4 中所示。反射器通过允许大部分红外辐射来帮助引导光线这些灯泡产生的光通过二向色镜反射器外壳,同时反射较短的可见光和近紫外波长。这些灯在 6 到 21 伏直流电压下工作,通常放置在灯箱中,该灯箱提供工作电压控制以及通过冷却风扇去除多余热量。使用这些灯的照明器通常被称为“石英卤素”光纤灯箱,可提供高强度照明,但缺点是会以热量的形式产生大量红外光。试样上的直接照明通常会导致试样高度吸收热量,应注意确保这不会导致降解。图 4 中所示的灯箱在光纤管的末端包含透镜元件,可将光聚焦到样品上。


还提供其他外围组件,例如用于产生特殊效果照明的彩色玻璃滤光片和连接到镜头元件的偏光片,以允许使用偏振光进行照明。这些光源通常用作带有复合显微镜和立体显微镜的反射光显微镜的辅助倾斜照明。特别设计的环形照明器,如图 5 所示,可用于创建明亮的 360° 冷白色、无阴影的均匀强度照明。它们旨在直接安装到立体显微镜物镜上,即使在重新聚焦或使用变焦功能时无需调整光线的高倍率和长工作距离(1.5 至 10 英寸)物镜也非常有用。为环形光导制造偏振单元,以便反射回物镜的光可以被偏振。还有可以与这些照明附件一起使用的玻璃和明胶过滤器套件。

没有配备内部照明源的显微镜必须借助外部光源为样品提供照明。典型的外部照明源如图 6 所示。这些照明器可能包含各种白炽钨丝灯,包括 6-12 伏直流灯以及额定功率为 25-100 瓦的 120 伏线圈灯丝灯。

现场膜片

了解视场光阑如何控制进入显微镜的光量。

弧光灯- 汞蒸气、氙气和锆弧灯对于特殊形式的显微镜也是有用的照明源。这些灯由外部电源控制,这些电源旨在满足首先点亮灯的电气要求,然后提供正确的电流以保持恒定照明。几种典型的弧光灯设计如图 7 所示。 图 7(a) 中的灯是配备点火电极的汞蒸气灯,图 7(b) 中的灯是现代HBO200 瓦汞短弧灯,通过外部电源以交流电供电。这个和其他类似的弧光灯电源将提供足够的启动功率来点燃燃烧器(通过气态蒸汽的电离)并保持燃烧并保持最小的闪烁。

弧光灯的平均使用寿命约为 200 小时,大多数外部电源都配备了一个计时器,让显微镜师可以监控已经过去了多长时间。汞弧灯(通常称为“燃烧器”)的功率范围从 50 瓦到 200 瓦,通常由两个电极组成,这些电极在高压下密封在石英玻璃外壳中,石英玻璃外壳也含有汞。这些弧光灯在从近紫外到红外的光谱范围内不能提供均匀的强度(有关汞弧光灯的发射光谱,请参见图 8)。

汞弧光灯的大部分强度都消耗在近紫外波段,强度峰值位于 313、334、365、406、435、546 和 578 纳米。这些灯通常不适用于大多数形式的显微镜(荧光显微镜除外),但可作为黑白显微摄影的出色单色光源。使用合适的滤光片,546 纳米的绿线、435 纳米的蓝线和 365 或 406 纳米的近紫外线可以在选定的波长范围内产生出色的单色光。汞蒸气弧光灯绝不应用于明场、暗场、DIC 或偏振彩色显微摄影,因为灯的有限发射光谱不会产生样品的真实色彩再现。


氙弧灯在整个可见光谱范围内的强度比汞蒸气灯要均匀得多(见图 9);它们没有汞灯特有的非常高的光谱强度峰值。氙气灯缺乏紫外线;它们在红外线中消耗大部分强度,因此使用此类灯需要注意控制热量。短间隙氙灯燃烧器通常更受欢迎,因为弧的大小使得它的光更容易被包含在物镜的后孔径内,从而避免光强度的浪费。

警告!
汞和氙弧灯在操作过程中需要小心,因为内部气体压力非常高并且在使用过程中产生的极端热量有爆炸的危险。切勿在灯罩外点燃灯或在灯燃烧时直接观察灯(这会导致严重的眼睛损伤)。水银灯和氙气灯都不应该用裸手操作,以避免无意中腐蚀石英外壳。只有在灯泡有足够的时间冷却后才能更换灯泡。将灯具存放在运输容器中以避免发生事故。

安装或更换汞灯或氙弧灯时,请始终遵守上面列出的安全程序。如上所述,汞弧光灯的寿命约为 200 小时;氙气燃烧器数百小时。频繁的开关会缩短灯的寿命。当燃烧器达到其额定寿命时,光谱发射可能会发生变化,石英外壳会变弱。

锆弧光灯是显微镜照明的另一个极好来源。它们提供非常小的(几乎是点光源)光束,其色温约为 3200 K。虽然这些灯发出的光不如水银或氙弧灯那么明亮,但它们确实提供了连续的光谱适用于使用彩色胶片的显微摄影。

激光光源——近年来,激光的使用越来越多,尤其是在 488 和 514 纳米具有强大发射能力的氩离子激光器。尽管成本很高,但激光源在激光扫描共聚焦显微镜中变得特别有用。

激光光源

探索红宝石激光器如何被氙气闪光灯管激发以产生相干红光。

有许多不同类型的激光器,每一种都提供独特的发射光谱。图 10 说明了显微镜中两种最常用的激光器(荧光、共焦和单色明场)的发射光谱。


电子闪光灯- 使用电子摄影闪光灯系统设计了一种用于拍摄移动标本(尤其是在暗场照明中)的专门方法。当与高速(ISO 400 及以上)日光透明胶片一起使用时,这些闪光灯管可在瞬间爆发中提供 5500 K 的照明,可以捕捉到出色的标本细节。这些装置必须伴随着连续的钨灯照明源,以确保在闪光显微照相之前显微镜的取景、科勒照明、聚焦和对准。闪光灯管应与显微镜的相机快门同步,许多制造商将此设备作为显微摄影的附件提供

同学们,聊到这里,有木有一点涨知识呢?想要了解更多显微镜产品和使用,以及销售,请致电:021-51602084.我们将为您提供免费的样机培训和产品检测,并提供显微镜解决方案。