顯微鏡的三大本領(lǐng)

1、編號 喀什大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文顯微鏡的三大本領(lǐng) 學(xué)生姓名：麥麥提沙力·麥麥提 學(xué) 號： 20120207012 系 部： 物理與電氣工程學(xué)院 專業(yè)：物理學(xué)（通用技術(shù)方向） 年 級： 2012級 指導(dǎo)教師： 艾爾肯 完成日期： 2016 年 月 日中文摘要本文是主要探討光學(xué)顯微鏡的主要物理結(jié)構(gòu)和光學(xué)顯微鏡的聚光本領(lǐng)，放大本領(lǐng)和分辨本領(lǐng)，以便更深入的對將來的光學(xué)顯微鏡的發(fā)展做一定的努力，為提高光學(xué)顯微鏡的性能和利用做簡單的探討和前景展望奠定物理基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：光學(xué)顯微鏡，分辨本領(lǐng)，放大倍本領(lǐng)，聚光本領(lǐng)，物鏡。目 錄中文摘要.11. 引言.11.顯微鏡系統(tǒng)及其特性11.1顯微鏡的構(gòu)造11.2顯微

2、鏡的物鏡.21.2.1顯微物鏡的特性.21.2.2 顯微物鏡的基本類型.31.3顯微鏡的目鏡52.顯微鏡的三大本領(lǐng)62.1顯微鏡的放大本領(lǐng)72.2顯微鏡的分辨本領(lǐng)82.3顯微鏡的聚光本領(lǐng)102.4顯微鏡的種類和用途11結(jié)語.參考文獻. .1. 引言光學(xué)顯微鏡(optical microscope)簡稱光鏡或顯微鏡，是一種將肉眼無法直接看清楚的微小物體進行光學(xué)放大成像的常用儀器，顯微鏡是由一個透鏡或幾個透鏡的組合構(gòu)成的一種光學(xué)儀器，是人類進入原子時代的標志。主要用于放大微小物體成為人的肉眼所能看到的儀器。顯微鏡分光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡：光學(xué)顯微鏡是在1590年由荷蘭的楊森父子所首創(chuàng)?，F(xiàn)在的光學(xué)顯

3、微鏡可把物體放大1600倍，分辨的最小極限達0.1微米，國內(nèi)顯微鏡機械筒長度一般是160mm。1.顯微鏡系統(tǒng)及其特性1.1顯微鏡的構(gòu)造為了得到較大的視角放大率，通常采用顯微鏡，其成像原理。光學(xué)系統(tǒng)由目鏡和物鏡和物鏡兩部分組成，目鏡和物鏡和物鏡是由透鏡組成的透鏡組，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，具有會聚透鏡的性質(zhì)。在圖1-1中為了簡便我們用單透鏡表示了目鏡和物鏡。圖1-1物體y位于物鏡之前，離開物鏡的距離大于物鏡的焦距，小于焦距的二倍，因此物體被物鏡放大，成一個倒立的實象y.y位于目鏡前焦點F2之內(nèi)，并靠近F2。目鏡的作用與放大鏡一樣，將y成一個放大的虛像y。y可成于無窮遠或明視距離上。顯微鏡的特征參量是放大率

4、和數(shù)值孔徑。顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的有效焦距由，得f=-f2f2/,是系統(tǒng)的光學(xué)間隔。顯微鏡的放大率由式得M=-Df=-Df1f2 (1.1)上式中/f1是物鏡線放大率，D/f2是目鏡的視角放大率，顯微鏡的角放大率是這兩個放大率之乘積。負號表示像是倒立的。物鏡和目鏡的放大率通?？虒懺谶@兩組鏡頭上。顯微鏡的另一個特征參量是數(shù)值孔徑nsinu,其中n是物空間媒質(zhì)的折射率，u是物方孔徑角。顯微鏡的數(shù)值孔徑越大，物鏡的集光本領(lǐng)越強，顯微鏡的分辨率也越大。為了獲得數(shù)值孔徑，其方法之一是采用油侵物鏡以增大物空間媒質(zhì)的折射率和孔徑角u，物放在靠近平凸透鏡的p點處，介于物和透鏡之間的空間內(nèi)充滿了油，油的折射率約等于透

5、鏡的折射率，另外再采用彎月形會聚透鏡進一步減小光線的發(fā)散，增大孔徑角u，因此采用油侵物鏡，可容納更寬的光線錐。 由于顯微物鏡要在寬光線錐的條件下進行工作，因此必須高度的校正球面相差，慧差以及色差。就是為此而設(shè)計的高放大率物鏡組（=100）有些顯微鏡還要在紫外線，紅外線等波段工作，因此人們設(shè)計了反射型顯微物鏡系統(tǒng)中，用一凹面反射鏡把天空中漫射光線反射到所觀察的物體上即可。而在大數(shù)值孔徑的顯微鏡中，必須采用聚光器，以獲得強光照明1.2顯微鏡的物鏡1.2.1顯微物鏡的特性 由于顯微鏡主要是用來觀察或測量近處的微小物體，所以如何把物體放大得足夠大，并且分辨清楚細節(jié)，這是顯微鏡的主要任務(wù)。對一般金相或生

6、物顯微鏡來說，被它們觀察的物，有的是金相組織結(jié)構(gòu)，有的是微生物，所以，要求有盡可能的放大率。但因有效放大率的限制，它的上限一般不超過1500*。目前使用的金相或生物顯微鏡是由100*物鏡和15*目鏡所組成的。而對于一般計量儀器，如工具顯微鏡等，被觀察或測量的物相對大得多，即使是鐘表零件，尺寸也大致是在毫米這一數(shù)量級上。因此，它對放大率是由 10*物鏡和10*目鏡所組成的100*。顯微鏡的物方視場為2y=2y'式中 是物鏡的放大率，象方視場2y被鏡筒直徑所限制是一定值。所以高倍物鏡的視場很小，一般情況下，物鏡的物方視場是不專門給出的。顯微鏡的數(shù)值孔徑應(yīng)與物鏡的放大率相配，并由它直接決定了

7、分辨率值，它是物鏡的主要指標。物鏡結(jié)構(gòu)和校正相差的復(fù)雜程度基本上取決于它。就是目前國內(nèi)生產(chǎn)的一般顯微鏡來說，它的放大率和數(shù)值孔徑的匹配，已經(jīng)形成了一個大致的系列，見表1-2-1表1-2-1放大率（倍）1006340103數(shù)值孔徑1.250.850.650.250.10觀察生物或其他組織的標本，宜用蓋玻片將它展平，以免臟污和干裂，有利于保存。由于蓋玻片位在光束孔徑角很大的物方成像光路內(nèi)，生產(chǎn)一定數(shù)量的球差。在物鏡設(shè)計時要把這個球差補償?shù)簦虼?，它的折射?（約1.52）和厚度 （約0.17）應(yīng)該控制，厚度公差為0.05毫米，40* 以上的高倍物鏡其厚度公差要求為0.01毫米。工作距是指物鏡前片頂

8、點到物面的距離。物鏡放大率越高，工作距越短。如100*物鏡的工作距僅在0.2毫米左右。顯微鏡的一些主要參數(shù)，均刻在鏡筒上，如圖2-2-1所示：）表示一生物顯微鏡物鏡，放大率 =40*數(shù)值孔徑NA=0.65，機械筒長L=160毫米，蓋玻片厚度d=0.17毫米。圖b）表示金相顯微鏡物鏡，放大率 =10*， 數(shù)值孔徑NA=0.25，筒長為無限長，0表示該物鏡不用蓋玻片。*顯微鏡的基本類型根據(jù)它們校正象差的情況不同，通常分為消色差物鏡，復(fù)消色差物鏡和平視場 圖1-2-11.2.2 顯微物鏡的基本類型（一）消色差物鏡這是應(yīng)用最廣泛的一類顯微物鏡。為了提高分辨率，它的數(shù)值孔徑比較大。因此，它至少應(yīng)校正軸上

9、點的色差，球差和正玄差。由于它的視場很小，所以，即使對軸外象差不做重點考慮，也還能滿足一般的使用要求。這種顯微鏡稱為消色差物鏡。顯微鏡的數(shù)值孔徑越大，放大率越高。在提高數(shù)值孔徑過程中，首先碰到的是高級球差的校正問題，結(jié)構(gòu)簡單的物鏡無法克服這一困難。因此，物鏡的結(jié)構(gòu)隨著數(shù)值孔徑的增大而趨向復(fù)雜。不同放大率和數(shù)值孔徑的消色差顯微物鏡的結(jié)構(gòu)形式，早在1870年左右就一定下來，至今并末作太大的改變，因為它們對校正帶球差這一點來說是合理的。1. 低倍物鏡 它本身是一個簡單的雙膠合透鏡， 放大率為3*4*，數(shù)值孔徑為0.10.15。 這種低倍物鏡與望遠鏡類似，由于數(shù)值孔徑較小，物鏡擔負的偏角不大，高級球差

10、的影響并不顯著，因此，一般采用雙膠合物鏡就能滿足要求。2. 中倍物鏡 放大率為 6*10*，數(shù)值孔徑為0.20.3 。這種物鏡通常由兩組雙膠合透鏡組成，如圖13-18b 所示。物鏡的兩個組成部分單獨消位置色差，因而整個物鏡的倍率色差自動校正，而球差和正玄差則由前組共同配合校正。這種物鏡也即通常所稱為“里斯特”顯微物鏡。它可以很好地校正球差，色差并滿足正玄條件，是顯微鏡的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。3. 高倍物鏡 放大率為40*以上，數(shù)值孔徑大于0.65 。這種物鏡可以認為是在里斯特物鏡之前接加了一個接近半球形的透鏡（稱之為前片） 而得，一般前片的第一面為平面，第二面是不暈面，即軸上點發(fā)出的光束經(jīng)平面后的會聚點，

11、位于第二面的不暈點上。不難證明，加入這塊兒透鏡后，能使里斯特物鏡的孔徑角增加 n2 倍，其中 n 為這塊半球形透鏡玻璃的折射率。這種結(jié)構(gòu)的物鏡也稱為“阿米西”物鏡。設(shè)計時，在前片 的玻璃和結(jié)構(gòu)選定后，其所產(chǎn)生的色差，球差和正玄差均為已知，這些定量的象差由它的中組和后組來抵消。4. 侵液物鏡 放大率為90*100*，數(shù)值孔徑為1.251.4 。物鏡本身結(jié)構(gòu)，也叫“阿貝”侵液物鏡。如前面所述，在玻璃片和物鏡的前片之間，充以折射率為 n 的液體，就可以在不增加物鏡孔徑角的情況下，把數(shù)值孔徑提高 n 倍，通常用 n=1.517的杉木油。由于所選油的折射率和蓋玻片以及物鏡前片的折射率即為接近，所以，可以

12、認為被觀察物體處在與物鏡前片相同的介質(zhì)中，由標本發(fā)出的光線在第一面上沒有折射，而第二面滿足不暈條件，所以第一塊透鏡可以認為遵守不暈條件。應(yīng)用侵液，主要為了提高物鏡數(shù)值孔徑，此外，還可使第一面近于不產(chǎn)生象差，光能損失也可以減少。當物鏡的孔徑角很大時，為了維持后面的里斯特型系統(tǒng)只承擔0.3以下的數(shù)值孔徑所以在第一片透鏡和里斯特系統(tǒng)之間，加入了一塊彎月形透鏡，它是由同心面和不暈面所組成的透鏡（也叫同心不暈透鏡），以分擔光線的偏角。（二）復(fù)消色差物鏡復(fù)消色差物鏡主要用于研究用顯微鏡以及顯微照象中，它要求嚴格地校正軸上點的色差，球差和正玄差，同時要求校正二級光譜。其倍率色差并不能完全校正，一般須用目鏡補

13、償。為了校正二級光譜，常選用螢石制造的，該物鏡的放大率為90*，數(shù)值孔徑為1.3 。（三）平視場物鏡平視場物鏡主要用于顯微鏡照象和顯微投影，它要求嚴格地校正象面彎曲。對于平視場消色物鏡，其倍率色差不大，不同特殊目鏡補償。而平視場復(fù)消色差物鏡，則必須用目鏡來補償它的倍率色差。這種物鏡的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，物鏡中場曲的校正，往往是依靠若干個彎月形厚透鏡來達到的。給出了一個放大率為40*數(shù)值孔徑為0.85的平視場復(fù)消色差物鏡的結(jié)構(gòu)。圖中帶陰影線的透鏡是用螢蟲石制造的。（四）反射式和折射物鏡在顯微鏡發(fā)展初期，透鏡和反射鏡同時被應(yīng)用。但是到1791年出現(xiàn)了消色差物鏡和1827年阿米西現(xiàn)了三組元物鏡以后，反射式

14、物鏡因表面加工和配裝要求過高而被遺棄，直到1931年反射式物鏡又得到重視和發(fā)展。這是因為反射鏡具有一些折射物鏡不具備的優(yōu)點，它可以不產(chǎn)生色差，擴展觀察波段和加大工作距離等。圖 1-2-2反射物鏡如圖1-2-2所示。它可以校正球差和正玄差。這種系統(tǒng)數(shù)值孔徑可達0.5，可以采用來作為紫外顯微物鏡。但是反射式物鏡由于工藝上未能達到成熟的程度，所以末被普遍采用，只有在非用不可得場合下才用它。折射式顯微物鏡和反射式顯微物鏡相比可以增大數(shù)值孔徑，例如在反射系統(tǒng)之前加一半球透鏡，就可以達到提高數(shù)值孔徑的目的，半球透鏡所產(chǎn)生的色差也是可以設(shè)法校正的。如圖1-2-2所示的折反射物鏡，半透 鏡1的色差可由反射鏡2

15、的折射面所產(chǎn)生的色差來補償，在侵液時，數(shù)值孔徑可達1.35，能夠用于紫外光成像，達到提高分辨率的目的。此時其折射透鏡要用透紫外光的石英玻璃，螢石等材料。但是反射式或折射式物鏡和折射型物鏡不同，它們不可避免地要于中央遮光，即入射光瞳呈圓環(huán)形。對于這種環(huán)形光瞳進行衍射積分的計算知，其第一個暗環(huán)的半徑比圓形瞳時小幾倍，這相當于能量分散，背景角度提高，降低了像的村度，使象質(zhì)降低，這樣反而影響了分辨率的提高。不過只有當物體的對比度較低時，這種現(xiàn)象才使得反射式物鏡失去使用價值，這是這種物鏡的主要缺點，如果努力使中央遮光減少，上述缺點可以得到一定程度的克服1.3顯微鏡的目鏡顯微鏡和望遠鏡中的目鏡，放在人眼前

16、方，用來觀察物鏡所成的象，其作用如同一個放大鏡。目鏡的種類很多，常用的有冉斯登目鏡，惠更斯目鏡，對稱目鏡，無畸變目鏡等。目鏡的特點是焦距短，相對孔徑較小，視場大，光欄位結(jié)構(gòu)簡單的稍色差目鏡是冉斯登目鏡或惠更斯目鏡，它們的視場約有40度。冉斯登目鏡是由兩個平透鏡構(gòu)成的，凸面彼此相對，中間為空氣間隔，兩透鏡間隔滿足公式,d=2f1/3,f2=f1/3.并球面相差有高級校正?；莞鼓跨R也是由兩個平凸透鏡組成的，兩個凸面鏡都是朝著物鏡，其特點是整個光組的前焦點F位于兩透鏡之間，兩透鏡的間隔d同樣滿足式，f1=2f2,d=3f2/2.惠更斯目鏡的缺點是不能外加叉絲使用。用雙校合透鏡代替冉斯登目鏡中的單透

17、鏡，有助于排除放大率色差，提高成像質(zhì)量。較復(fù)雜的對稱鏡，無畸變目鏡，它們各用四個元件組成，大體上類似于冉斯登目鏡，它們對相差尤其是畸變都校正的更好。2.顯微鏡的三大本領(lǐng)2.1顯微鏡的成像原理顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用，就是把近處的微笑物體成一放大的象，以供人眼觀察。只是顯微鏡比較放大鏡可以具有更高的放大率而已。圖2-1圖2-1是物體被顯微鏡成像的原理圖。 圖中為方便計，把物鏡 L1 和目鏡 L2 均以單塊透鏡表示。物體AB位于物鏡前方，離開物鏡的距離大于物鏡的焦距，但小于兩倍物鏡焦距。所以它經(jīng)物鏡后，必然形成一個倒立的放大象AB。AB位于目鏡的物方焦點F2上，或者在很靠F2的位置上。再經(jīng)目鏡

18、放大為虛像AB后供眼睛觀察。虛像AB的位置取決于F2和AB之間的距離，可以在無限遠處（當AB在圖中焦點F2之右邊時）。目鏡的作用與放大一樣。所不同的只是眼睛通過目鏡所看到的不是物體本身，而是物體被物所成的，已經(jīng)放大了一次的象。由于經(jīng)過物鏡和目鏡的兩次，所以顯微鏡總的放大率 應(yīng)該是物鏡放大率和目鏡放大率 1 的乘積。放大鏡相比，顯然可以具有高的多的放大率，并且通過調(diào)換不同放大率的物鏡和目鏡，能夠方便地改變顯微鏡的放大率。由于在顯微鏡中存在著間的實像，故可以在物鏡的實像平面上放著分劃板，從而可以對被觀察物體進行測量，并且在該物體處還可以設(shè)置視場光，消除漸暈現(xiàn)象。因為物體被物鏡成的象AB位于目鏡的物

19、方焦面上或者附近，所以此象相對于物鏡成像方焦點的距離x。這里， 為物鏡和目鏡的焦點間隔，在顯微鏡中稱它為光學(xué)筒長。放大率為=-x'f'=-f'1物鏡的象再被目鏡放大，其放大率為1=250f'2式中 f'2 為目鏡的焦距。由此，顯微鏡的總放大率為=1=-250f'1f'2 （2.1）由上式可見顯微鏡的放大率和光學(xué)筒長成正比，和物鏡即目鏡的焦距成反比。并且，由于式中有個負號，所以當顯微鏡具有正物鏡和目鏡時（一般如此），則整個顯微鏡給出倒像。根據(jù)集合光學(xué)中合成光組的焦距公式可知，整個顯微鏡的總焦距 f 和物鏡目鏡焦距之間，符合以下關(guān)系式：f=f

20、'1f'2代入式（2.1）則有=250f'它與放大鏡的放大率公式（2-1） 具有完全相同的形式。可見，顯微鏡實質(zhì)上就是一個復(fù)雜化了的放大鏡。由單組放大鏡發(fā)展成為由一組物鏡和一組目鏡組合起來的顯微鏡，它比單租放大鏡具有前面已經(jīng)提到過的一系列優(yōu)點。 2.2顯微鏡的放大本領(lǐng) 當顯微鏡的物方價值為空氣時，n=1, 物鏡可能具有的最大數(shù)值孔徑為1， 一般只能達到0.9 左右。而當在物體與物鏡第一片之間侵以液體，一般是侵以 n=1.51.6 甚至1.7的油或高折射率液體（如杉木油 nD=1.517，溴化奈 nD=1.656，二典甲烷 nD =1.1741等），數(shù)值孔徑值可達1.51

21、.6 。因此，光學(xué)顯微鏡的分辨率，基本上與所使用光線同一的數(shù)量級。數(shù)值孔徑大于1的物鏡，設(shè)計時必須考慮物方價值（即侵液）的折射率。這種物鏡稱為阿貝侵液物鏡。為了充分利用物鏡的分辨率，使已被顯微鏡物鏡分辨出來的細節(jié)，能同時被眼睛所看清，顯微鏡必須有恰當?shù)姆糯舐剩员惆阉糯蟮阶阋员蝗搜鬯直娴某潭?。便于眼睛分辨的角距離為 24。若取 2 為分辨角的下限，4 為分辨角的上限，則在明視距離250 毫米處能分辨開兩點之間的距離為250*2*0.00029250*4*0.00029式中 是顯微鏡象空間被人眼所能分辨的線距離。 換算到顯微鏡的物方，相當于顯微鏡的分辨率乖以視放大率，取 0.5NA 得如下表

22、示式：250*2*0.00029<0.5NA <250*4*0.00029設(shè)所使用光線的波長為0.00055毫米，則上式稱為527NA< <1054NA或近似的寫成500NA< <1000NA (2-2) 滿足式（13-13）的放大率，稱為顯微鏡的有效放大率。一般侵液物鏡的最大數(shù)值孔徑約為1.5，所以光學(xué)顯微鏡能夠達到的有效放大率不超過1500*。由以上式可見，顯微鏡可能有多大的放大率，取決于物鏡的分辨率或數(shù)值孔徑。當使用比有效放大率下限更小的放大率時，不能看清物鏡已經(jīng)分辨出的某些細節(jié)。如果盲目取用高倍目鏡得到比有效放大率上限更大的放大率，是無效放大。 2.

23、3顯微鏡的分辨本領(lǐng)成像儀器能分辨的兩個物點之間的最小角距離或最小線距離的倒數(shù)叫分辨率。象差經(jīng)過精心校正的透鏡，由于衍射物點所成的象不再是一個點，而是一個光斑，叫愛里斑，如圖2.21所示。其強度的分布 。愛里班的角半徑=1.22/D，其中D為透鏡的通光直徑，為入射光的波長。兩物點所成象可分辨的最小條件稱為瑞利判據(jù)。瑞利建議，大家公認，一個物點所成像的衍射主極大剛好落在另一物點所成像的第一極小位置時，是兩物點所成像可分辨的最小條件。因此透鏡的通光直徑為D時，可分辨的兩個物點之間的最小角距離為愛里斑的角半，即=1.22D. （2.3）而分辨率為1/.對于人眼，D2-9毫米，取中間值D=5毫米，可見光

24、中心波長=5500A,這時1。即物體對人眼所張的視角小于1分時，人對物體的細節(jié)不能分辨，看起來就是一個點。在這種情況下，物體在視網(wǎng)膜上所成像的大小，剛好是一個感光細胞的大小。照象物鏡的分辨率與眼睛完全一樣。而望遠鏡的分辨率仍然由（2.3）式?jīng)Q定，只不過D是望遠鏡物鏡的直徑，可見物鏡的直徑越大，望遠鏡的分辨率越高。對于顯微鏡，在非相干照明的條件下，可分辨的兩象點之間的最小線距離，由（2.3）式知y0=l=1.22lD.按正玄條件y0=ny0sinunsinu將y0代入上式，n為物空間折射率，n為象空間折射率，一般情況下n=1,而lsinuD/2,因此顯微鏡可分辨的兩個物點之間的線距離為y0=0.

25、61nsinu=0.61A.顯微鏡的分辨率為1/y0=A/0.61,它由數(shù)值孔徑A=nsinu來決定。如果物在空氣中，則n=1,n角接近于/2,因而nsinu1。由此得出顯微鏡大約可以分辨開彼此相距/2的兩個物點。在視覺觀測的情況下，的平均值為5500A。因而顯微鏡可分辨的兩個物點之間的最小距離約為3*10-5厘米。為了提高顯微鏡的分辨率，其方法之一是增大數(shù)值孔徑，為此而使用油侵物鏡。在物體和物鏡之間滴上一層和玻璃折射率相近的松節(jié)油從而增大n和u。另一種方法是減小入射光線的波長，然而在可見光的情況下，波長最小只能到4000A。為了進一部減小波長采用電子顯微鏡，在40-60千伏電壓加速下，電子的

26、波長的數(shù)量級是百分之幾挨。于是電子顯微鏡可分辨的最小線距離可達y01A。如果作到這一點，就可以看見原子和分子。顯微鏡的率 它所能分辨的兩點間最小距離來表示，其表示式如下：0=0.61NA式中 為觀測時所用光線的波長；NA 為物鏡數(shù)值孔徑。實際上人眼對兩個亮點間照度對比為1:0.930.95就可以分辨，所以實際分辨率可以比理論分辨率高。上式表示顯微鏡對兩個自發(fā)光亮點的分辨率，對于不能自發(fā)光的物點，根據(jù)照明情況不同，分辨率是不同的。阿貝在這方面作了很多研究。當被觀察物體不發(fā)光，而被其他光源照明時，分辨率為0=NA在斜照明時，分辨率為0=0.5NA從以上的公式可見，顯微鏡對于一定波長的光線的分辨率，

27、在象差校正良好時，完全被物鏡的數(shù)值孔徑所決定，數(shù)值孔徑越大， 分辨率越高。這就是希望顯微鏡要有盡可能大的數(shù)值孔徑的原因。2.4顯微鏡的聚光本領(lǐng) 聚光鏡是照明系統(tǒng)中很重要的一部分。下面就將聚光鏡的作用，要求及常用式等幾個問題分別加以敘述。聚光鏡的作用使經(jīng)由聚光鏡以后的光束，均勻的照明物體，并充滿物鏡的孔徑。由前面的可見，由于它的放大率的絕對值大于1，故可以充滿較大的物鏡孔徑角。會聚光能 由于光源向個方向都發(fā)射光線，故光能比較分散。加入聚光鏡以后，可以使光能會聚起來，而加以充分利用，用光源1照明物體3，當不加聚光鏡2時，從光源上的某一點射向被照物體的光線受限于2U_S角度。加入聚光鏡2以后，在2U

28、_B角度范圍內(nèi)的光線，都能被利用。由于進入光學(xué)系統(tǒng)的光能量正比于上述角度的平方，所以采用聚光鏡是十分必要的。聚光鏡的相差要求由于聚光鏡的作用，主要是用來照明物體和會聚光能，而不是對被觀察物體成像，所以消象差不象物鏡要求那么高。但是，過大的象差也會影響光能的集中，所以，通常只是對聚光鏡的球差及色差加以考慮和限制，象差的公差也是很寬的。在一般情況下，聚光鏡的肖像差可以做以下考慮：色差 在設(shè)計聚光鏡時，色差一般不需專門考慮。由于制造聚光系統(tǒng)的材料多選用低色散的光學(xué)玻璃，。例如K9玻璃，可使聚光鏡的色差不致產(chǎn)生太明顯的影響。即使有時會在邊緣出現(xiàn)彩色現(xiàn)象，在工作時也可以把彩色邊緣調(diào)到視場以外。但是在高倍

29、顯微鏡中，用柯拉照明時，要求聚光鏡能把光瀾很好的成像在物面上，就應(yīng)該用消色差的聚光系統(tǒng)，其光學(xué)結(jié)構(gòu)和高倍顯微物鏡一樣，只是焦距長一些，以使光束通過較厚的截物玻璃片照亮標本。球差 聚光鏡的球差如果太大，將引起光能的不集中，使被照明物面光照度下降，且影響被照明范圍內(nèi)由中心到邊緣的均勻。對球差應(yīng)控制光源中心點經(jīng)過聚光鏡以后所形成的稱散斑的大小，并且通常以最小稱散斑與光源象大小的比值K來表示對照明系統(tǒng)球差的限制：K=z'_min/D式中 z'_min 為照明系統(tǒng)所產(chǎn)生的最小稱散圓直徑； 是照明系統(tǒng)的放大率；D為光源本身的30%就可以了。經(jīng)驗證明，為使聚光系統(tǒng)的球差不致過大，球面聚光鏡應(yīng)

30、有的鏡片數(shù)和它們所能承擔的偏角 u=u-u 之間的關(guān)系如下表2-4表2-4u-u透鏡片數(shù)0.20,310.30.620.60.93二片式，不侵液時數(shù)值孔徑可達0.8，侵液時數(shù)值孔徑可達1.2 。三片式， 數(shù)值孔徑可達0.9， 侵液時數(shù)值孔徑可達1.4 。五片消色差式，如圖13-29c 所示，系統(tǒng)中有兩個膠合組和一個半球形透鏡，所以可以滿足消球差，色差和正玄差的要求，這種聚光鏡的數(shù)值孔徑可達0.9 。六片消色差式。用于高倍顯微鏡侵液時，數(shù)值孔徑可達1.4 。由于可知，后兩種消色差式聚光鏡，其結(jié)構(gòu)與阿米西物鏡和阿貝物鏡的結(jié)構(gòu)形式相同，所不同的是焦距較長，消色不如顯微物鏡那樣嚴格。2.5顯微鏡的種類

31、和用途一、光學(xué)顯微鏡：是在1590年由荷蘭的詹森父子所首創(chuàng)?，F(xiàn)在的光學(xué)顯微鏡可把物體放大1500倍，分辨的最小極限達0.2微米。光學(xué)顯微鏡的種類很多，除一般的外，主要有暗視野顯微鏡一種具有暗視野聚光鏡，從而使照明的光束不從中央部分射入，而從四周射向標本的顯微鏡.熒光顯微鏡以紫外線為光源，使被照射的物體發(fā)出熒光的顯微鏡。結(jié)構(gòu)為：目鏡，鏡筒，轉(zhuǎn)換器，物鏡，載物臺，通光孔，遮光器，壓片夾，反光鏡，鏡座，粗準焦螺旋，細準焦螺旋，鏡臂，鏡柱。1、暗視野顯微鏡暗視野顯微鏡由于不將透明光射入直接觀察系統(tǒng)，無物體時，視野暗黑，不可能觀察到任何物體，當有物體時，以物體衍射回的光與散射光等在暗的背景中明亮可見。在

32、暗視野觀察物體，照明光大部分被折回，由于物體(標本)所在的位置結(jié)構(gòu)，厚度不同，光的散射性，折光等都有很大的變化。2、相位差顯微鏡相位差顯微鏡的結(jié)構(gòu)： 相位差顯微鏡，是應(yīng)用相位差法的顯微鏡。因此，比通常的顯微鏡要增加下列附件：(1) 裝有相位板(相位環(huán)形板)的物鏡，相位差物鏡。(2) 附有相位環(huán)(環(huán)形縫板)的聚光鏡，相位差聚光鏡。(3) 單色濾光鏡-(綠)。各種元件的性能說明(1) 相位板使直接光的相位移動 90°，并且吸收減弱光的強度，在物鏡后焦平面的適當位置裝置相位板，相位板必須確保亮度，為使衍射光的影響少一些，相位板做成環(huán)形狀。(2) 相位環(huán)(環(huán)狀光圈)是根據(jù)每種物鏡的倍率，而有

33、大小不同，可用轉(zhuǎn)盤器更換。(3) 單色濾光鏡系用中心波長546nm(毫微米)的綠色濾光鏡。通常是用單色濾光鏡入觀察。相位板用特定的波長，移動90°看直接光的相位。當需要特定波長時，必須選擇適當?shù)臑V光鏡，濾光鏡插入后對比度就提高。此外，相位環(huán)形縫的中心，必須調(diào)整到正確方位后方能操作，對中望遠鏡就是起這個作用部件。3、熒光顯微鏡在螢光顯微鏡上，必須在標本的照明光中，選擇出特定波長的激發(fā)光，以產(chǎn)生熒光，然后必須在激發(fā)光和熒光混合的光線中，單把熒光分離出來以供觀察。因此，在選擇特定波長中，濾光鏡系統(tǒng)，成為極其重要的角色。熒光顯微鏡原理：(A) 光源：光源輻射出各種波長的光(以紫外至紅外)。(

34、B) 激勵濾光源：透過能使標本產(chǎn)生螢光的特定波長的光，同時阻擋對激發(fā)螢光無用的光。(C) 熒光標本：一般用熒光色素染色。(D) 阻擋濾光鏡：阻擋掉沒有被標本吸收的激發(fā)光有選擇地透射熒光，在熒光中也有部分波長被選擇透過。 以紫外線為光源，使被照射的物體發(fā)出熒光的顯微鏡。電子顯微鏡是在1931年在德國柏林由克諾爾和哈羅斯卡首先裝配完成的。這種顯微鏡用高速電子束代替光束。由于電子流的波長比光波短得多，所以電子顯微鏡的放大倍數(shù)可達80萬倍，分辨的最小極限達0.2納米。1963年開始使用的掃描電子顯微鏡更可使人看到物體表面的微小結(jié)構(gòu)。4、超聲波顯微鏡超聲波掃描顯微鏡的特點在于能夠精確的反映出聲波和微小樣

35、品的彈性介質(zhì)之間的相互作用，并對從樣品內(nèi)部反饋回來的信號進行分析！圖像上（C-Scan）的每一個象素對應(yīng)著從樣品內(nèi)某一特定深度的一個二維空間坐標點上的信號反饋，具有良好聚焦功能的Z.A傳感器同時能夠發(fā)射和接收聲波信號。一副完整的圖像就是這樣逐點逐行對樣品掃描而成的。反射回來的超聲波被附加了一個正的或負的振幅，這樣就可以用信號傳輸?shù)臅r間反映樣品的深度。用戶屏幕上的數(shù)字波形展示出接收到的反饋信息（A-Scan）。設(shè)置相應(yīng)的門電路，用這種定量的時間差測量（反饋時間顯示），就可以選擇您所要觀察的樣品深度。5、解剖顯微鏡解剖顯微鏡，又被稱為實體顯微鏡、體視顯微鏡或立體顯微鏡，是為了不同的工作需求所設(shè)計的顯微鏡。利用解剖顯微鏡觀察時，進入兩眼的光各來自一個獨立的路徑，這兩個路徑只夾一個小小的角度，因此在觀察時，樣品可以呈現(xiàn)立體的樣貌。解剖顯微鏡的光路設(shè)計有兩種： The Greenough Concept和The Telescope Concept。解剖顯微鏡常常用在一些固體樣本的表面觀察，或是解剖、鐘表制作和小電路板檢查等工作上。6、共聚焦顯微鏡從一個點光源發(fā)射的探測光通過透鏡聚焦到被觀測物體上，如果物體恰在焦點上，那么反射光通過原透鏡應(yīng)當匯聚回到光源，這就是所謂的共聚焦，簡稱共焦。激光掃描共聚焦顯微鏡