顯微鏡的三大本領(lǐng)

1、編號(hào) 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(hào)： 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(jí)： 2012級(jí) 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(duì)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(jiǎn)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(xiàn). .1. 引言光學(xué)顯微鏡(optical microscope)簡(jiǎn)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(jìn)行光學(xué)放大成像的常用儀器，顯微鏡是由一個(gè)透鏡或幾個(gè)透鏡的組合構(gòu)成的一種光學(xué)儀器，是人類進(jìn)入原子時(shí)代的標(biāo)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(dá)0.1微米，國(guó)內(nèi)顯微鏡機(jī)械筒長(zhǎng)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(huì)聚透鏡的性質(zhì)。在圖1-1中為了簡(jiǎn)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(gè)倒立的實(shí)象y.y位于目鏡前焦點(diǎn)F2之內(nèi)，并靠近F2。目鏡的作用與放大鏡一樣，將y成一個(gè)放大的虛像y。y可成于無窮遠(yuǎn)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(gè)放大率之乘積。負(fù)號(hào)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(gè)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(qiáng)，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(diǎn)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(huì)聚透鏡進(jìn)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(jìn)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(jì)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?cè)O(shè)計(jì)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(qiáng)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(cè)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(xì)節(jié)，這是顯微鏡的主要任務(wù)。對(duì)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(duì)于一般計(jì)量?jī)x器，如工具顯微鏡等，被觀察或測(cè)量的物相對(duì)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(jí)上。因此，它對(duì)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(chǎng)為2y=2y'式中 是物鏡的放大率，象方視場(chǎng)2y被鏡筒直徑所限制是一定值。所以高倍物鏡的視場(chǎng)很小，一般情況下，物鏡的物方視場(chǎng)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(biāo)。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(guó)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(gè)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(biāo)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(jì)時(shí)要把這個(gè)球差補(bǔ)償?shù)?，因此，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(diǎn)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(jī)械筒長(zhǎng)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(zhǎng)為無限長(zhǎng)，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(chǎng) 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(diǎn)的色差，球差和正玄差。由于它的視場(chǎng)很小，所以，即使對(duì)軸外象差不做重點(diǎn)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(jí)球差的校正問題，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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?yàn)樗鼈儗?duì)校正帶球差這一點(diǎn)來說是合理的。1. 低倍物鏡 它本身是一個(gè)簡(jiǎn)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(yuǎn)鏡類似，由于數(shù)值孔徑較小，物鏡擔(dān)負(fù)的偏角不大，高級(jí)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(gè)組成部分單獨(dú)消位置色差，因而整個(gè)物鏡的倍率色差自動(dòng)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(rèn)為是在里斯特物鏡之前接加了一個(gè)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(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)平面后的會(huì)聚點(diǎn)，

11、位于第二面的不暈點(diǎn)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(jì)時(shí)，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(rèn)為被觀察物體處在與物鏡前片相同的介質(zhì)中，由標(biāo)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(rèn)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(dāng)物鏡的孔徑角很大時(shí)，為了維持后面的里斯特型系統(tǒng)只承擔(dān)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(dān)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(yán)格地校正軸上點(diǎn)的色差，球差和正玄差，同時(shí)要求校正二級(jí)光譜。其倍率色差并不能完全校正，一般須用目鏡補(bǔ)

13、償。為了校正二級(jí)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(chǎng)物鏡平視場(chǎng)物鏡主要用于顯微鏡照象和顯微投影，它要求嚴(yán)格地校正象面彎曲。對(duì)于平視場(chǎng)消色物鏡，其倍率色差不大，不同特殊目鏡補(bǔ)償。而平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡，則必須用目鏡來補(bǔ)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(chǎng)曲的校正，往往是依靠若干個(gè)彎月形厚透鏡來達(dá)到的。給出了一個(gè)放大率為40*數(shù)值孔徑為0.85的平視場(chǎng)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(shí)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?yàn)榉瓷溏R具有一些折射物鏡不具備的優(yōu)點(diǎn)，它可以不產(chǎn)生色差，擴(kuò)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(dá)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(dá)到成熟的程度，所以末被普遍采用，只有在非用不可得場(chǎng)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(dá)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(bǔ)償，在侵液時(shí)，數(shù)值孔徑可達(dá)1.35，能夠用于紫外光成像，達(dá)到提高分辨率的目的。此時(shí)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(duì)于這種環(huán)形光瞳進(jìn)行衍射積分的計(jì)算知，其第一個(gè)暗環(huán)的半徑比圓形瞳時(shí)小幾倍，這相當(dāng)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(dāng)物體的對(duì)比度較低時(shí)，這種現(xiàn)象才使得反射式物鏡失去使用價(jià)值，這是這種物鏡的主要缺點(diǎn)，如果努力使中央遮光減少，上述缺點(diǎn)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(yuǎn)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(gè)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(duì)稱目鏡，無畸變目鏡等。目鏡的特點(diǎn)是焦距短，相對(duì)孔徑較小，視場(chǎng)大，光欄位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的稍色差目鏡是冉斯登目鏡或惠更斯目鏡，它們的視場(chǎng)約有40度。冉斯登目鏡是由兩個(gè)平透鏡構(gòu)成的，凸面彼此相對(duì)，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(jí)校正?；莞鼓跨R也是由兩個(gè)平凸透鏡組成的，兩個(gè)凸面鏡都是朝著物鏡，其特點(diǎn)是整個(gè)光組的前焦點(diǎn)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(diǎn)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(duì)稱鏡，無畸變目鏡，它們各用四個(gè)元件組成，大體上類似于冉斯登目鏡，它們對(duì)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(jì)，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(gè)倒立的放大象AB。AB位于目鏡的物方焦點(diǎn)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(yuǎn)處（當(dāng)AB在圖中焦點(diǎn)F2之右邊時(shí)）。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(shí)像，故可以在物鏡的實(shí)像平面上放著分劃板，從而可以對(duì)被觀察物體進(jìn)行測(cè)量，并且在該物體處還可以設(shè)置視場(chǎng)光，消除漸暈現(xiàn)象。因?yàn)槲矬w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(duì)于物鏡成像方焦點(diǎn)的距離x。這里， 為物鏡和目鏡的焦點(diǎn)間隔，在顯微鏡中稱它為光學(xué)筒長(zhǎng)。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(zhǎng)成正比，和物鏡即目鏡的焦距成反比。并且，由于式中有個(gè)負(fù)號(hào)，所以當(dāng)顯微鏡具有正物鏡和目鏡時(shí)（一般如此），則整個(gè)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(gè)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?？梢?，顯微鏡實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)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(diǎn)。 2.2顯微鏡的放大本領(lǐng) 當(dāng)顯微鏡的物方價(jià)值為空氣時(shí)，n=1, 物鏡可能具有的最大數(shù)值孔徑為1， 一般只能達(dá)到0.9 左右。而當(dāng)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(dá)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(jí)。數(shù)值孔徑大于1的物鏡，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮物方價(jià)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(xì)節(jié)，能同時(shí)被眼睛所看清，顯微鏡必須有恰當(dāng)?shù)姆糯舐?，以便把它放大到足以被人眼所分辨的程度。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(diǎn)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(dāng)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(zhǎng)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(dá)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(dāng)使用比有效放大率下限更小的放大率時(shí)，不能看清物鏡已經(jīng)分辨出的某些細(xì)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(gè)物點(diǎn)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(diǎn)所成的象不再是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)光斑，叫愛里斑，如圖2.21所示。其強(qiáng)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(zhǎng)。兩物點(diǎn)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(rèn)，一個(gè)物點(diǎn)所成像的衍射主極大剛好落在另一物點(diǎn)所成像的第一極小位置時(shí)，是兩物點(diǎn)所成像可分辨的最小條件。因此透鏡的通光直徑為D時(shí)，可分辨的兩個(gè)物點(diǎn)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(duì)于人眼，D2-9毫米，取中間值D=5毫米，可見光

24、中心波長(zhǎng)=5500A,這時(shí)1。即物體對(duì)人眼所張的視角小于1分時(shí)，人對(duì)物體的細(xì)節(jié)不能分辨，看起來就是一個(gè)點(diǎn)。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(gè)感光細(xì)胞的大小。照象物鏡的分辨率與眼睛完全一樣。而望遠(yuǎn)鏡的分辨率仍然由（2.3）式?jīng)Q定，只不過D是望遠(yuǎn)鏡物鏡的直徑，可見物鏡的直徑越大，望遠(yuǎn)鏡的分辨率越高。對(duì)于顯微鏡，在非相干照明的條件下，可分辨的兩象點(diǎn)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(gè)物點(diǎn)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(gè)物點(diǎn)。在視覺觀測(cè)的情況下，的平均值為5500A。因而顯微鏡可分辨的兩個(gè)物點(diǎn)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(zhǎng)，然而在可見光的情況下，波長(zhǎng)最小只能到4000A。為了進(jìn)一部減小波長(zhǎng)采用電子顯微鏡，在40-60千伏電壓加速下，電子的

26、波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)是百分之幾挨。于是電子顯微鏡可分辨的最小線距離可達(dá)y01A。如果作到這一點(diǎn)，就可以看見原子和分子。顯微鏡的率 它所能分辨的兩點(diǎn)間最小距離來表示，其表示式如下：0=0.61NA式中 為觀測(cè)時(shí)所用光線的波長(zhǎng)；NA 為物鏡數(shù)值孔徑。實(shí)際上人眼對(duì)兩個(gè)亮點(diǎn)間照度對(duì)比為1:0.930.95就可以分辨，所以實(shí)際分辨率可以比理論分辨率高。上式表示顯微鏡對(duì)兩個(gè)自發(fā)光亮點(diǎn)的分辨率，對(duì)于不能自發(fā)光的物點(diǎn)，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(dāng)被觀察物體不發(fā)光，而被其他光源照明時(shí)，分辨率為0=NA在斜照明時(shí)，分辨率為0=0.5NA從以上的公式可見，顯微鏡對(duì)于一定波長(zhǎng)的光線的分辨率，

27、在象差校正良好時(shí)，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(gè)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(duì)值大于1，故可以充滿較大的物鏡孔徑角。會(huì)聚光能 由于光源向個(gè)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(huì)聚起來，而加以充分利用，用光源1照明物體3，當(dāng)不加聚光鏡2時(shí)，從光源上的某一點(diǎn)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(jìn)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(huì)聚光能，而不是對(duì)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(huì)影響光能的集中，所以，通常只是對(duì)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(jì)聚光鏡時(shí)，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(shí)會(huì)在邊緣出現(xiàn)彩色現(xiàn)象，在工作時(shí)也可以把彩色邊緣調(diào)到視場(chǎng)以外。但是在高倍

29、顯微鏡中，用柯拉照明時(shí)，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(zhǎng)一些，以使光束通過較厚的截物玻璃片照亮標(biāo)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(duì)球差應(yīng)控制光源中心點(diǎn)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(duì)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(yàn)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(dān)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(shí)數(shù)值孔徑可達(dá)0.8，侵液時(shí)數(shù)值孔徑可達(dá)1.2 。三片式， 數(shù)值孔徑可達(dá)0.9， 侵液時(shí)數(shù)值孔徑可達(dá)1.4 。五片消色差式，如圖13-29c 所示，系統(tǒng)中有兩個(gè)膠合組和一個(gè)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(dá)0.9 。六片消色差式。用于高倍顯微鏡侵液時(shí)，數(shù)值孔徑可達(dá)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(zhǎng)，消色不如顯微物鏡那樣嚴(yán)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(dá)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(biāo)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(tái)，通光孔，遮光器，壓片夾，反光鏡，鏡座，粗準(zhǔn)焦螺旋，細(xì)準(zhǔn)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(shí)，視野暗黑，不可能觀察到任何物體，當(dāng)有物體時(shí)，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(biāo)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(dòng) 90°，并且吸收減弱光的強(qiáng)度，在物鏡后焦平面的適當(dāng)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(zhǎng)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(zhǎng)，移動(dòng)90°看直接光的相位。當(dāng)需要特定波長(zhǎng)時(shí)，必須選擇適當(dāng)?shù)臑V光鏡，濾光鏡插入后對(duì)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(duì)中望遠(yuǎn)鏡就是起這個(gè)作用部件。3、熒光顯微鏡在螢光顯微鏡上，必須在標(biāo)本的照明光中，選擇出特定波長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)的光(以紫外至紅外)。(

34、B) 激勵(lì)濾光源：透過能使標(biāo)本產(chǎn)生螢光的特定波長(zhǎng)的光，同時(shí)阻擋對(duì)激發(fā)螢光無用的光。(C) 熒光標(biāo)本：一般用熒光色素染色。(D) 阻擋濾光鏡：阻擋掉沒有被標(biāo)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(zhǎng)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(guó)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(zhǎng)比光波短得多，所以電子顯微鏡的放大倍數(shù)可達(dá)80萬倍，分辨的最小極限達(dá)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(diǎn)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(duì)從樣品內(nèi)部反饋回來的信號(hào)進(jìn)行分析！圖像上（C-Scan）的每一個(gè)象素對(duì)應(yīng)著從樣品內(nèi)某一特定深度的一個(gè)二維空間坐標(biāo)點(diǎn)上的信號(hào)反饋，具有良好聚焦功能的Z.A傳感器同時(shí)能夠發(fā)射和接收聲波信號(hào)。一副完整的圖像就是這樣逐點(diǎn)逐行對(duì)樣品掃描而成的。反射回來的超聲波被附加了一個(gè)正的或負(fù)的振幅，這樣就可以用信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)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(shí)間差測(cè)量（反饋時(shí)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(shí)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(jì)的顯微鏡。利用解剖顯微鏡觀察時(shí)，進(jìn)入兩眼的光各來自一個(gè)獨(dú)立的路徑，這兩個(gè)路徑只夾一個(gè)小小的角度，因此在觀察時(shí)，樣品可以呈現(xiàn)立體的樣貌。解剖顯微鏡的光路設(shè)計(jì)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(gè)點(diǎn)光源發(fā)射的探測(cè)光通過透鏡聚焦到被觀測(cè)物體上，如果物體恰在焦點(diǎn)上，那么反射光通過原透鏡應(yīng)當(dāng)匯聚回到光源，這就是所謂的共聚焦，簡(jiǎn)稱共焦。激光掃描共聚焦顯微鏡