聚光镜系统:(Condenser System)
聚光镜系统也是显微镜照明光路系统中的重要部件之一，它也只能按照库勒照明系统的调整要求来进行调节. 聚光镜系统调节的好坏，可以直接影响到显微镜视域照明的均匀性，也可以影响显微镜的分辨率，还可以直接影响显微照相底片上的反差.
聚光镜系统通常也叫做台下聚光镜，因它总是装在显微镜载物台的下方介于视场光阑与样品之间，请看图3，详细说明了各部件的的名称及其实在的相对位置.
图3. 台下聚光镜系统在显微镜中的实在相对位置及各有关部件的名称.
聚光镜系统通常可以由以下的几个部件所组成：
1.聚光镜本体(Condenser):
聚光镜本体是由一组作了不同程度的色差与像差校正的透镜组所组成:
①. 最简单的是阿贝聚光镜(Abbe Condenser)，它只由两快透镜组成，有相当好的聚光能力，但色差与像差只是作了最起码的校正，原则上数值孔径可以做到1.25，但当数值孔径达到 0.6以上时，色差与球差都相当明显，因此,只适合于与中等倍率以下的物镜配合作常规显微镜检应用.
②.最简单而又常用的是带有可旋进－摆出前端透镜的明视野聚光镜，如图5所示，聚光镜本体的数值孔径约为0.32，只适合与10倍以下的物镜配用；为提高其数值孔径，可配用数值孔径为0.9的前端透镜，当它和10倍以上各倍数的物镜配用时，要利用前端透镜的转动杆将它摆入光路中，而在转用10倍以下的物镜时，也要利用这一转动杆将前端透镜摆出光路外，于是就能和低倍到高倍的物镜灵活配用. 这样的简单聚光镜，只要把其中的透镜片本身以及装配时的内应力消除掉，就成为偏光显微镜检用的偏光聚光镜，这时以红色POL字作为识别. 孔径光阑的调节杆可用来调节孔径光阑的大小，使用上相当方便，但要牢记不要把孔径光阑当视域的亮度调节器来使用！
图5.最简单而又常用的带前端透镜的明视野聚光镜
③.优质的消色差－消球差聚光镜(Achromatic-aplanatic)：如图6所示为其剖面图，它由一组约六个透镜所组
成，色差与球差都作了很好的校正，本身的数值孔径为0.32,所配用的前端透镜采用螺旋式旋到主体上，使最大的数值孔径可达到1.40, 十分适合作彩色的显微观察与记录. 通常都配用在研究型的高档显微镜上. 这种聚光镜由于数值孔径已超过1.0, 在使用时应在前端透镜上滴上一滴浸没油，再与载玻片底部轻轻接触，从而发挥其最佳的聚光性能. Zeiss曾有过多用途的这种聚光镜，设有转盘，内装有明视野、相差环Ph2与Ph3以及暗视野用的中央光档D，目前已绝产.
2.前端透镜:(Font Lens):
前端透镜本身的数值孔径通常为 0.63、0.90、1.30或1.40，它要附装在聚光镜本体上，数值孔径0.90以下者，常采用旋进－摆出式(Swing-in/Swing-out type)机构使两者结合或分离，从而使聚光镜系统的数值孔径可以很方便地作出变换；于是从低倍到高倍的显微镜观察视域便能获得均匀的照明. 数值孔径为1.30或1.40的前端透镜是以螺旋方式旋在聚光镜本体上，因而使聚光镜系统不容易随意改变聚光镜系统的数值孔径，且不能与低倍的物镜配用. 这样的前端透镜周围有环形的油槽，滴上浸没油使用时，多余的油就会流入槽中而不致四处流散. 在研究用显微镜与一般的显微镜检方法中，最常配用的是前端透镜是数值孔径为0.90者，当它摆入光路时，可以和10倍及以上的物镜；当它摆出光路外时，可以和10倍即其以下的物镜如6.3x、5x、4x以及2.5x等物镜配用.
3.聚光镜的孔径光阑(Aperture Diaphragm)：
如所周知，人们只留意了显微镜的分辩率主要是取决于物镜的数值孔径，但从当年阿贝博士所提出的关于显微镜分辩率的计算公式d = {λ/2(物镜数值孔径＋聚光镜数值孔径)}可以看出，聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径对于显微镜分辩率的影响，具有同等的重要性，因此，显微镜的分辩率也需要聚光镜的数值孔径来作出适当的配合来达到最佳的分辩率，理论上要求两者的数值孔径应该相等，而显微镜的实践证明，聚光镜的数值孔径只要等于所配用物镜数值孔径的三分之二，便可以达到最佳的分辩率；不同放大倍数的物镜其数值孔径不同，因此只有改变聚光镜的数值孔径来作出配合，改变聚光镜数值孔径有效而实用的方法，便是在聚光镜的前焦平面上放置一个可变的光圈，这便是聚光镜的孔径光阑.
于是，孔径光阑就成了显微镜照明光路中又一个重要的部件，在显微镜检方法的明视野法、偏光法以及微分干涉相衬方法所使用的聚光镜中都装有大小可调节的孔径光阑，它有以下的功用：
①. 可以影响显微镜作观察时的分辩率；
②. 直接控制了显微照像底片上的反差；
③. 可用来调节聚光镜的数值孔径，使与所使用的物镜数值孔径作出适当的配合，以取得最佳的分辩率或最大分辩率；
④. 可使光源发光体成像于孔径光阑所在的平面上，从而满足库勒照明系统的前提条件.
孔径光阑也由10片或更多的页片组成一个接近于圆形的多边形通光光圈，想要看看孔径光阑的形象，可以把显微镜的其中一个目镜从其双目镜筒的座子上拔出，再把眼睛在离镜筒口约10-20mm处望进去，就可看到物镜的出射光瞳面如图7a所示，把它定义为100%，相应地看到成像较亮，但显得亮而细节有些平淡，如图7b所示；调大调小聚光镜上的孔径光阑直至可在出射光瞳面上确认出它的多边形像的大小，如图8a所示，再把孔径光阑像的大小调到等于物镜出射光瞳直径的2/3 (66 %) 至 4/5 (80 %), 如图8a所示，这样调整之后，显微镜的成像也达到了几乎最佳的分辩率与最佳的反差, 如图8b所示. 由于只有最佳反差的成像才能使眼睛感觉到最好，因此，通常是要在分辩率上作这样的折衷.
图7a. 这是目镜拔出后，望进目镜筒内所看到的物镜出射光瞳大小，定义它的大小为100%， 图7b. 这是孔径光阑开得大于物镜出射光瞳大小，成像较亮但显得亮而细节有些平淡.
图8a. 这是孔径光阑在出射光瞳面上的多边形像，通常把它调到等于物镜出射光瞳大小的2/3 (66 %)至 4/5 (80 %)， 这是在最大分辩率与最佳反差间所作的折衷.
图8b. 这是孔径光阑收小到等于物镜出射光瞳大小的2/3或4/5，成像亮度有所减弱但细节显得较为丰富.
事实上，调节聚光镜的孔径光阑是可以改变显微镜中所观察的视野亮度，但是，在这里还是要特别强调的第一点是：不应该用聚光镜的孔径光阑来调节视野中的亮度！更不应该用调节聚光镜的高低位置来增减视野中的亮度！由于显微镜使用历史上的误传，以致对聚光镜及其孔径光阑有了误解或认识不足所造成的错误使用方法，希望通过这样的宣讲能在实际的使用中加深认识与体验，从而能在使用中纠正过来！
还要强调的第二点是：在显微照相工作中，以不同倍数的物镜对所观察或研究的样品以传统照像底片进行显微照相时，为使低倍到高倍所拍出的显微照相底片能保持较为以致而有正常的反差(这里所着重的是正常的反差)，也就是获得层次分明而又较为一致的底片，这就要每拍一张显微照片，就要调节聚光镜的孔径光阑，使其大小总是与所使用的每一个物镜数值孔径保持三分之二的比例关系，具体的道理和调整方法，将来在有机会讲解显微照相的要点时，再来说明.
在万能显微镜上的相差聚光镜中，值得注意的是: 孔径光阑所在的位置上改用了固定的环状光圈，因此在相差聚光镜上是没有可调的孔径光阑！
4.转盘 (Turret)：
在万能研究用或配套较为齐全的多用途常规显微镜上，为方便在几种显微镜检方法间作出转换而采用了转盘这样一个部件，它可以把明视野用的孔径光阑、相差法所需用的三种不同直径的环状光圈、微分干涉相衬法(DIC)所需用的固定式DIC棱镜及其孔径光阑、简单暗视野所用的中央光档等零、部件，都装在转盘上相当于孔径光阑的位置上，再嵌入到聚光镜本体的座子内. 聚光镜本体连同转盘一起再装到聚光镜的托架上. 使用时把转盘转动就可以选用不同显微镜检法所适用的部件，快捷而又方便.[JF:Page]
由于装入了不同的部件，所以在转盘的外侧周边上对应地印上一些字符：
H ：明视野或明场 (来自德文)；配有聚光镜的孔径光阑，刻度在0.1至0.9间可调节；
D : 简单暗视野照明用的中央光档；
Ph1 : 与标有Ph1的相差物镜(通常是10x) 配用的环状光圈；
Ph2 : 与标有Ph2的相差物镜(通常是20x与40x) 配用的环状光圈；
Ph3 : 与标有Ph3的相差物镜(通常是100x) 配用的环状光圈；
DIC 0,3-0.4 : 与10x物镜配用的DIC棱镜；
DIC 0.5-1.3 : 与20x至100x物镜配用的
DIC棱镜；
↑图10. 多用途聚光镜各操作调节部件说明：
5.34是转盘嵌入後的聚光镜本体；
5.35 是聚光镜的前端透镜及其拨动杆；
5.36 是嵌入的多用途转盘；5.37 是调节相差环左右位置的拨动杆；
5.38 是调节相差环前後位置的摩擦式转钮；
5.39 是调节孔径光阑的带凸缘小凸钮；
5.40 是指示孔径光阑大小的刻度. 
5. 辅助透镜与起偏镜的托框 (Auxiliary lens and Polarizer Carrier)：
辅助透镜对聚光镜系统而言只起辅助的作用，并非必要的部件，往往是根据配套上的需要由显微镜厂方配用. 但在偏光显微镜上，特别是需要作锥光干涉图的观察时，由于要尽量使用尽可能大的聚光镜数值孔径系统，这时就需要加入辅助透镜来加强会聚照明光的能力. 它需要有一个托框，以便可以摆进或摆出照明光路；
固定式起偏镜(Polarizer) 有时也俗称为下偏光，它是偏光显微镜与微分干涉相衬方法的照明光路系统中的主要部件，通常是放置于聚光镜系统的下方，辅助透镜上方的托框内，可以很方便地摆进照明光路而适用于偏光镜检方法、DIC镜检方法、或者摆出光路外作明视野与相差方法的观察.
值得一提的是起偏镜是有取向的，当它摆进光路时，就是规定的起偏镜取向为东－西方向，这相当于看地图时，不论地图的摆放方向如何，右手边一定是东方，左手边是西方. （关于起偏镜与检偏镜在介绍微分干涉相衬镜检方法与偏光镜检方法时会有较详尽的解说）.
6. 聚光镜的托架 (Condeser Carrier)：
如前所述，多用途转盘嵌入到聚光镜本体的座子内之后，就连同聚光镜本体一起装到聚光镜的托架上. 托架的各部份构件名称如图12所示，其功用说明如下：
5.1 : 使聚光镜可作上下移动的燕尾导轨及其导槽；
5.2 : 使聚光镜上下移动的调节旋钮，通常采用” 齿条－齿轮”调节机构(Rack and pinion)，转动旋钮就可使聚光镜作缓缓的上升或下降，很是方便，但不要为此而经常去把聚光镜升高来增加视野的亮度. 显微镜按库勒照明系统的要求调好之後，日常使用中不准再乱调聚光镜的高低位置！
5.3 : 聚光镜本体插入托架时的定位缺口；
5.4 : 锁紧聚光镜本体的用的螺丝；
5.5 : 聚光镜的一对调中螺丝杆，使视场光阑的像正好出现在视域的中央. 视场光阑的位置是固定的，调中的过程实际上是把聚光镜的光轴调到与照明光路以及成像光路的光轴合轴. 显微镜按库勒照明系统的要求调好之後，日常使用中不准再乱调聚光镜的调中螺丝杆！
5.6 : 聚光镜高低位置的限位锁紧螺丝；作这样的设置无非是一种防范措施，以免把已调好的聚光镜高低位置搞乱了，库勒照明系统也就失去了意义！
这里讲述了聚光镜托架的各有关部件，但并不说它是显微镜照明光路系统的主要或重要部件，原因在于各显微镜厂的聚光镜安装方式会有所差异. 而显微镜按库勒照明系统的要求作调整的过程中，却是要用到托架上的调整部件来完成.
如前面所提到的关于阿贝博士所提出的显微镜分辩率表达式中，明确地看出聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径对与显微镜分辩率的影响，是具有同等的效果，然而，人们往往只注意了物镜数值孔径对显微镜分辩率的直接影响，却又忽略了聚光镜数值孔径对于显微镜分辩率的影响！追忆一下，多少年来显微镜的教学人员以及使用人员对于聚光镜孔径光阑的认识与理解并不十分全面，往往把聚光镜系统当作是调节视野亮度的工具，这实际上是一种片面的认识与理解；事实上，虽然调节聚光镜的孔径光阑在一定程度上是可以调节视野的亮度，但从效果上来看，成像的反差与分辩率所受到的坏影响却要比亮度的变化更为明显；如果为了增加视野的亮度而去开大孔径光阑，不仅亮度调节的目的没有达到预期的效果，相反却要使显微镜成像的分辩率与反差等都遭受一些损失，这样作未免是得不偿失！
在这里，有必要再次强调一下显微镜聚光镜及其孔径光阑的效用：
作显微观察时，孔径光阑可以影响显微镜的分辩率：
①. 孔径光阑调得远小于所用物镜的数值孔径，则显微镜的分辩率差；
②. 孔径光阑调得大于所用物镜的数值孔径，则显微镜的反差很不好同时掩盖了显微镜所应有的分辩率；
③. 只有把孔径光阑调到恰好等于所用物镜数值孔径的三分之二，这时孔径光阑的大小最为合适，显微镜的分辩率与反差获得平衡配合，也就是达到了显微镜的最佳分辩率；
④. 如果把孔径光阑调到正好等于所用物镜的数值孔径，则可以达到显微镜的最大分辩率，特别是在最高倍数的浸油物镜下, (这时当然也要配用前端透镜的数值孔径为1.40的消色差－消球差聚光镜)，几乎可以达到显微镜的极限分辩率，即为0.2微米上下.
对视场光阑与聚光镜系统特别是聚光镜的孔径光阑有了正确的了解与认识之后，显微镜的正确调试，特别是库勒照明系统的调整也就容易理解并能作出正确的调试.
为了使显微镜能充份发挥出其真正的效能，我以《正确认识光源的视场光阑与聚光镜系统以及孔径光阑的正确使用》为题，对视场光阑与聚光镜系统作了较为详尽的解说，目的在于期望显微镜的使用人员能对这两个部件有一个正确的认识，对一些不适当的使用方法能有所改进. 今后我还会再讲述有关<库勒照明系统的调试>以及显微镜检方法上的一些正确调试.
Acknowledgements: Photos from:
1. Carl Zeiss, < Microscopy from very beginning > ;
2. Mortimer Abramowitz, < Microscope Basic and Beyond >.
参考文献：
1, 蔡司：《显微镜检法从头讲》.
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