定义
用于调节照明光源光的透镜或透镜系统。
聚光镜是一种光学设备,用于调节照明光,例如在光学显微镜或图像投影仪中。 通常,它包含一个或多个透镜和一个光圈。 即使是多镜头聚光镜通常也被称为聚光镜。
显微镜聚光镜
显微镜聚光镜会对仪器的成像性能产生重大影响。 需要考虑几个不同的方面:
图像亮度和数值孔径
对于高图像亮度,聚光镜应尽可能多地将可用的照明光发送到标本,这是在光可用于图像形成的条件下。 例如,在明场透射显微镜中,应该创建一个光锥,其传播角范围与所用物镜的数值孔径大致匹配(或略小):
- 显然,在被观察物体之外的位置透射样品平面或无法进入物镜的光对图像形成没有用处,甚至部分干扰(例如通过杂散光的眩光)。
- 另一方面,聚光镜的数值孔径不应低于物镜的数值孔径,否则无法实现物镜在分辨率、对比度和景深方面的全图像质量。
最大数值孔径(或其范围)通常可以从冷凝器外壳上的雕刻中读取。 还可以有一个标度来指示相关的数值孔径,以便可以正确选择与所用物镜相对应的位置。
均匀照明
聚光镜应为物体提供均匀的照明。 例如,应避免将照明灯(通常是卤钨灯)的灯丝成像到标本上,从而导致照明强度的严重调制。 科勒照明的常用方法通过创建与成像共轭平面分离良好的照明共轭平面来避免该问题。
畸变
应避免由光学元件的色散引起的大量色度效应,以达到最佳图像质量。 因此,已经开发了消色差聚光镜,例如带有三个或四个透镜的消色差聚光镜。
由于要处理的照明光的角度范围很高,因此使用无球面聚光镜或带有非球面透镜的聚光镜也可以是有利的,这样可以最大限度地减少球面像差。 非球面聚光镜可实现最大的角开口,即最小的f值。
使用更复杂的聚光镜设计,还可以同时校正球差和色差;然后有一个消色差化合物聚光镜,也称为非平面-消色差聚光镜。
在简单的显微镜中,人们仍然经常使用带有两个透镜的简单阿贝聚光镜,该聚光镜无法针对色差或球面像差进行校正。
应用的校正(例如非球面或消色差)通常可以从冷凝器外壳上的雕刻中读取。
特殊用途的附加组件
修改显微镜技术需要额外的项目。 例如,暗场显微镜需要暗场光圈,相衬显微镜需要相环。 这种光学元件可以插入照明器和聚光镜之间的槽中。
可调参数
显然,当显微镜物镜与具有不同放大倍率和数值孔径的物镜交换时,通常应重新调整聚光镜系统。 因此,冷凝器的轴向位置和隔膜孔径通常是可调的。 特别是,聚光镜应允许一定范围的数值孔径,通常用可变隔膜调节。 对于使用油浸物镜的最高数值孔径(大于0.95),冷凝器可能还需要浸油。 它应用于聚光镜的上透镜和试样载玻片的下表面之间。
在某些情况下,可以使用具有宽放大倍率的物镜,甚至需要更换聚光镜或至少插入或卸下顶部透镜,因为所需的聚光镜参数范围在照明面积和NA方面无法跨越。
光功率
对于高功率照明系统,聚光镜中可能存在很大的加热效应,这可以排除塑料光学元件甚至胶结光学器件的使用。
发光二极管照明
现代照明系统越来越多地使用发光二极管(白光LED),其产生的热量远低于卤素灯。 此外,它们的小尺寸也为大幅简化照明光学元件(导致完全不同的聚光镜设计)和照明类型的各种变化创造了机会。 例如,可以实现漫反射照明,从而最大限度地减少反射的不利影响,特别是在反光样品上。
其他设备的冷凝器
用于各种类型的图像投影仪,并且还需要聚光镜,但要求与显微镜中的要求大不相同。 例如,透射光功率可能大得多,但所需的开口角可以小得多,并且所用光源的性质也有很大差异。 由于这些可变的要求,在实践中使用了非常不同的冷凝器设计。 在许多情况下,基本上使用某种镜片组合,有时包括特殊形式,如弯月透镜和球透镜。 在某些情况下,人们还使用微透镜阵列(苍蝇眼阵列,或有时使用柱面透镜)来实现所需的照明均匀性;另请参阅有关光束均质器的文章。