顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的成像原理一樣嗎

早在公元前一世紀(jì)，人們就已發(fā)現(xiàn)通過球形透明物體去觀察微小物體時，可以使其放大成像。后來逐漸對球形玻璃表面能使物體放大成像的規(guī)律有了認(rèn)識。 1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造者已經(jīng)造出類似顯微鏡的放大儀器。1610年前后，意大利的伽利略和德國的開普勒在研究望遠(yuǎn)鏡的同時，改變物鏡和目鏡之間的距離，得出合理的顯微鏡光路結(jié)構(gòu)，當(dāng)時的光學(xué)工匠遂紛紛從事顯微鏡的制造、推廣和改進。 17世紀(jì)中葉，英國的胡克和荷蘭的列文胡克，都對顯微鏡的發(fā)展作出了卓越的貢獻。1665年前后，胡克在顯微鏡中加入粗動和微動調(diào)焦機構(gòu)、照明系統(tǒng)和承載標(biāo)本片的工作臺。這些部件經(jīng)過不斷改進，成為現(xiàn)代顯微鏡的基本組成部分。 1673～1677年期間，列文胡克制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡，其中九臺保存至今。胡克和列文胡克利用自制的顯微鏡，在動、植物機體微觀結(jié)構(gòu)的研究方面取得了杰出成就。 19世紀(jì)，高質(zhì)量消色差浸液物鏡的出現(xiàn)，使顯微鏡觀察微細(xì)結(jié)構(gòu)的能力大為提高。1827年阿米奇第一個采用了浸液物鏡。19世紀(jì)70年代，德國人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎(chǔ)。這些都促進了顯微鏡制造和顯微觀察技術(shù)的迅速發(fā)展，并為19世紀(jì)后半葉包括科赫、巴斯德等在內(nèi)的生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌和微生物提供了有力的工具。 在顯微鏡本身結(jié)構(gòu)發(fā)展的同時，顯微觀察技術(shù)也在不斷創(chuàng)新:1850年出現(xiàn)了偏光顯微術(shù)；1893年出現(xiàn)了干涉顯微術(shù)；1935年荷蘭物理學(xué)家澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術(shù)，他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。 古典的光學(xué)顯微鏡只是光學(xué)元件和精密機械元件的組合，它以人眼作為接收器來觀察放大的像。后來在顯微鏡中加入了攝影裝置，以感光膠片作為可以記錄和存儲的接收器?，F(xiàn)代又普遍采用光電元件、電視攝像管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接收器，配以微型電子計算機后構(gòu)成完整的圖像信息采集和處理系統(tǒng)。 目前全世界最主要的顯微鏡廠家主要有:奧林巴斯、蔡司、徠卡、尼康。國內(nèi)廠家主要有:江南、麥克奧迪等。 二、 顯微鏡的基本光學(xué)原理一 折射和折射率 光線在均勻的各向同性介質(zhì)中，兩點之間以直線傳播，當(dāng)通過不同密度介質(zhì)的透明物體時，則發(fā)生折射現(xiàn)象，這是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同造成的。當(dāng)與透明物面不垂直的光線由空氣射入透明物體如玻璃時，光線在其介面改變了方向，并和法線構(gòu)成折射角。二 透鏡的性能 透鏡是組成顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的最基本的光學(xué)元件，物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。依其外形的不同，可分為凸透鏡正透鏡和凹透鏡負(fù)透鏡兩大類。 當(dāng)一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點，這個點稱"焦點"，通過交點并垂直光軸的平面，稱"焦平面"。焦點有兩個，在物方空間的焦點，稱"物方焦點"，該處的焦平面，稱"物方焦平面"；反之，在象方空間的焦點，稱"象方焦點"，該處的焦平面，稱"象方焦平面"。 光線通過凹透鏡后，成正立虛像，而凸透鏡則成正立實像。實像可在屏幕上顯現(xiàn)出來，而虛像不能。三 凸透鏡的五種成象規(guī)律 1. 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以外時，則在象方二倍焦距以內(nèi)、焦點以外形成縮小的倒立實象； 2. 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距上時，則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實象； 3. 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以內(nèi)，焦點以外時，則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實象； 4. 當(dāng)物體位于透鏡物方焦點上時，則象方不能成象； 5. 當(dāng)物體位于透鏡物方焦點以內(nèi)時，則象方也無象的形成，而在透鏡物方的同側(cè)比物體遠(yuǎn)的位置形成放大的直立虛象。 三、 光學(xué)顯微鏡的成象幾何成象原理 只有當(dāng)物體對人眼的張角不小于某一值時，肉眼才能區(qū)別其各個細(xì)部，該量稱為目視分辨率ε。在最佳條件下，即物體的照度為50~70lx及其對比度較大時，可達到1‘。為易于觀測，一般將該量加大到2‘，并取此為平均目鏡分辨率。 物體視角的大小與該物體的長度尺寸和物體至眼睛的距離有關(guān)。有公式y(tǒng)=Lε 距離L不能取得很小，因為眼睛的調(diào)節(jié)能力有一定限度，尤其是眼睛在接近調(diào)節(jié)能力的極限范圍工作時，會使視力極度疲勞。對于標(biāo)準(zhǔn)正視而言，最佳的視距規(guī)定為250mm明視距離。這意味著，在沒有儀器的條件下，目視分辨率ε=2‘的眼睛，能清楚地區(qū)分大小為0.15mm的物體細(xì)節(jié)。 在觀測視角小于1‘的物體時，必須使用放大儀器。放大鏡和顯微鏡是用于觀測放置在觀測人員近處應(yīng)予放大的物體的。 一 放大鏡的成像原理 表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學(xué)透鏡可以使物體放大成像，光路圖如圖1所示。位于物方焦點F以內(nèi)的物AB，其大小為y，它被放大鏡成一大小為y‘的虛像A‘B‘。放大鏡的放大率 Γ=250/f‘ 式中250--明視距離，單位為mm f‘--放大鏡焦距，單位為mm 該放大率是指在250mm的距離內(nèi)用放大鏡觀察到的物體像的視角同沒有放大鏡觀察到的物體視角的比值。 二 顯微鏡的成像原理 顯微鏡和放大鏡起著同樣的作用，就是把近處的微小物體成一放大的像，以供人眼觀察。只是顯微鏡比放大鏡可以具有更高的放大率而已。 圖2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)物鏡以后，必然形成一個倒立的放大的實像A‘B‘。 A‘B‘位于目鏡的物方焦點F2上，或者在很靠近F2的位置上。再經(jīng)目鏡放大為虛像A‘‘B‘‘后供眼睛觀察。虛像A‘‘B‘‘的位置取決于F2和A‘B‘之間的距離，可以在無限遠(yuǎn)處當(dāng)A‘B‘位于F2上時，也可以在觀察者的明視距離處當(dāng)A‘B‘在圖中焦點F2之右邊時。目鏡的作用與放大鏡一樣。所不同的只是眼睛通過目鏡所看到的不是物體本身，而是物體被物鏡所成的已經(jīng)放大了一次的像。 三 顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù) 在鏡檢時，人們總是希望能清晰而明亮的理想圖象，這就需要顯微鏡的各項光學(xué)技術(shù)參數(shù)達到一定的標(biāo)準(zhǔn)，并且要求在使用時，必須根據(jù)鏡檢的目的和實際情況來協(xié)調(diào)各參數(shù)的關(guān)系。只有這樣，才能充分發(fā)揮顯微鏡應(yīng)有的性能，得到滿意的鏡檢效果。 顯微鏡的光學(xué)技術(shù)參數(shù)包括:數(shù)值孔徑、分辨率、放大率、焦深、視場寬度、覆蓋差、工作距離等等。這些參數(shù)并不都是越高越好，它們之間是相互聯(lián)系又相互制約的，在使用時，應(yīng)根據(jù)鏡檢的目的和實際情況來協(xié)調(diào)參數(shù)間的關(guān)系，但應(yīng)以保證分辨率為準(zhǔn)。 1． 數(shù)值孔徑 數(shù)值孔徑簡寫NA，數(shù)值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術(shù)參數(shù)，是判斷兩者尤其對物鏡而言性能高低的重要標(biāo)志。其數(shù)值的大小，分別標(biāo)刻在物鏡和聚光鏡的外殼上。 數(shù)值孔徑NA是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質(zhì)的折射率n和孔徑角u半數(shù)的正弦之乘積。用公式表示如下:NA=nsinu/2 孔徑角又稱"鏡口角"，是物鏡光軸上的物體點與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度。孔徑角越大，進入物鏡的光通亮就越大，它與物鏡的有效直徑成正比，與焦點的距離成反比。 顯微鏡觀察時，若想增大NA值，孔徑角是無法增大的，唯一的辦法是增大介質(zhì)的折射率n值?；谶@一原理，就產(chǎn)生了水浸物鏡和油浸物鏡，因介質(zhì)的折射率n值大于1，NA值就能大于1。 數(shù)值孔徑最大值為1.4，這個數(shù)值在理論上和技術(shù)上都達到了極限。目前，有用折射率高的溴萘作介質(zhì)，溴萘的折射率為1.66，所以NA值可大于1.4。 這里必須指出，為了充分發(fā)揮物鏡數(shù)值孔徑的作用，在觀察時，聚光鏡的NA值應(yīng)等于或略大于物鏡的NA值。 數(shù)值孔徑與其他技術(shù)參數(shù)有著密切的關(guān)系，它幾乎決定和影響著其他各項技術(shù)參數(shù)。它與分辨率成正比，與放大率成正比，與焦深成反比，NA值增大，視場寬度與工作距離都會相應(yīng)地變小。 2． 分辨率 顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個物點的最小間距，又稱"鑒別率"。其計算公式是σ=λ/NA 式中σ為最小分辨距離；λ為光線的波長；NA為物鏡的數(shù)值孔徑?？梢娢镧R的分辨率是由物鏡的NA值與照明光源的波長兩個因素決定。NA值越大，照明光線波長越短，則σ值越小，分辨率就越高。要提高分辨率，即減小σ值，可采取以下措施1 降低波長λ值，使用短波長光源。2 增大介質(zhì)n值以提高NA值NA=nsinu/2。3 增大孔徑角u值以提高NA值。4 增加明暗反差。 3． 放大率和有效放大率 由于經(jīng)過物鏡和目鏡的兩次放大，所以顯微鏡總的放大率Γ應(yīng)該是物鏡放大率β和目鏡放大率Γ1的乘積: Γ=βΓ1 顯然，和放大鏡相比，顯微鏡可以具有高得多的放大率，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。 放大率也是顯微鏡的重要參數(shù)，但也不能盲目相信放大率越高越好。顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率。 分辨率和放大倍率是兩個不同的但又互有聯(lián)系的概念。有關(guān)系式:500NA<Γ<1000NA 當(dāng)選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時，顯微鏡不能分清物體的微細(xì)結(jié)構(gòu)，此時即使過度地增大放大倍率，得到的也只能是一個輪廓雖大但細(xì)節(jié)不清的圖像，稱為無效放大倍率。反之如果分辨率已滿足要求而放大倍率不足，則顯微鏡雖已具備分辨的能力，但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見。所以為了充分發(fā)揮顯微鏡的分辨能力，應(yīng)使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。 4． 焦深 焦深為焦點深度的簡稱，即在使用顯微鏡時，當(dāng)焦點對準(zhǔn)某一物體時，不僅位于該點平面上的各點都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度內(nèi)，也能看得清楚，這個清楚部分的厚度就是焦深。焦深大， 可以看到被檢物體的全層，而焦深小，則只能看到被檢物體的一薄層，焦深與其他技術(shù)參數(shù)有以下關(guān)系:1 焦深與總放大倍數(shù)及物鏡的數(shù)值孔徑成反比。2 焦深大，分辨率降低。 由于低倍物鏡的景深較大，所以在低倍物鏡照相時造成困難。在顯微照相時將詳細(xì)介紹。 5． 視場直徑Field Of View 觀察顯微鏡時，所看到的明亮的圓形范圍叫視場，它的大小是由目鏡里的視場光闌決定的。視場直徑也稱視場寬度，是指在顯微鏡下看到的圓形視場內(nèi)所能容納被檢物體的實際范圍。視場直徑愈大，愈便于觀察。有公式 F=FN/β 式中F: 視場直徑，F(xiàn)N:視場數(shù)Field Number， 簡寫為FN，標(biāo)刻在目鏡的鏡筒外側(cè)，β:物鏡放大率。由公式可看出:1 視場直徑與視場數(shù)成正比。2 增大物鏡的倍數(shù)，則視場直徑減小。因此，若在低倍鏡下可以看到被檢物體的全貌，而換成高倍物鏡，就只能看到被檢物體的很小一部份。 6． 覆蓋差 顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)也包括蓋玻片在內(nèi)。由于蓋玻片的厚度不標(biāo)準(zhǔn)，光線從蓋玻片進入空氣產(chǎn)生折射后的光路發(fā)生了改變，從而產(chǎn)生了相差，這就是覆蓋差。覆蓋差的產(chǎn)生影響了顯微鏡的成響質(zhì)量。 國際上規(guī)定，蓋玻片的標(biāo)準(zhǔn)厚度為0.17mm，許可范圍在0.16-0.18mm，在物鏡的制造上已將此厚度范圍的相差計算在內(nèi)。物鏡外殼上標(biāo)的0.17，即表明該物鏡所要求的蓋玻片的厚度。 7． 工作距離WD 工作距離也叫物距，即指物鏡前透鏡的表面到被檢物體之間的距離。鏡檢時，被檢物體應(yīng)處在物鏡的一倍至二倍焦距之間。因此，它與焦距是兩個概念，平時習(xí)慣所說的調(diào)焦，實際上是調(diào)節(jié)工作距離。 在物鏡數(shù)值孔徑一定的情況下，工作距離短孔徑角則大。 數(shù)值孔徑大的高倍物鏡，其工作距離小。 四 物鏡 物鏡是顯微鏡最重要的光學(xué)部件，利用光線使被檢物體第一次成象，因而直接關(guān)系和影響成象的質(zhì)量和各項光學(xué)技術(shù)參數(shù)，是衡量一臺顯微鏡質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)。 物鏡的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作精密，由于對象差的校正，金屬的物鏡筒內(nèi)由相隔一定距離并被固定的透鏡組組合而成。物鏡有許多具體的要求，如合軸，齊焦。 齊焦既是在鏡檢時，當(dāng)用某一倍率的物鏡觀察圖象清晰后，在轉(zhuǎn)換另一倍率的物鏡時，其成象亦應(yīng)基本清晰，而且象的中心偏離也應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)，也就是合軸程度。齊焦性能的優(yōu)劣和合軸程度的高低是顯微鏡 質(zhì)量的一個重要標(biāo)志，它是與物鏡的本身質(zhì)量和物鏡轉(zhuǎn)換器的精度有關(guān)。 現(xiàn)代顯微物鏡已達到高度完善，其數(shù)值孔徑已接近極限，視場中心的分辨率與理論值之區(qū)別已微乎其微。但繼續(xù)增大顯微物鏡視場與提高視場邊緣成象質(zhì)量的可能性仍然存在，這種研究工作，至今仍在進行。 顯微物鏡與目鏡在參于成象這點上是有區(qū)別的。物鏡是顯微鏡最復(fù)雜和最重要的部分，在寬光束中工作孔徑大，但這些光束與光軸的傾角較小視場?。荒跨R在窄光束中工作，但其傾角大視場大。當(dāng)計算物鏡與目鏡，在消除象差上有很大差別。 與寬光束有關(guān)的象差是球差、慧差以及位置色差；與視場有關(guān)的象差是象散、場曲、畸變以及倍率包差。 顯微物鏡是一消球差系統(tǒng)。這意味著:就軸上的一對共軛點而言，消除了球差并且實現(xiàn)了正弦條件時，每一物鏡僅有兩個這種消球差點。因此，物體與象的計算位置的任何改變均導(dǎo)致象差變大。 1． 物鏡的主要參數(shù)1 放大率β 2 數(shù)值孔徑NA 3 機械筒長L:在顯微鏡中，物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離稱為機械筒長。對于一臺顯微鏡來說，機械筒長是固定的。我國規(guī)定機械筒長是160毫米。4 蓋玻片厚度d 5 工作距離WD 這些參數(shù)，大多刻在物鏡筒上，如圖3所示。有一種所謂筒長無限的顯微物鏡，這種物鏡的后方一般帶有輔助物鏡也叫補償物鏡或鏡筒物鏡，被觀察物體位于物鏡前焦點上，經(jīng)過物鏡以后，成像在無限遠(yuǎn)，再經(jīng)過輔助物鏡成像在輔助物鏡的焦平面上，如圖4所示。在物鏡和輔助物鏡之間是平行光，所以中間距離比較自由一些，可以加入棱鏡等光學(xué)元件。 2． 物鏡的基本類型1 按顯微鏡鏡筒長度以mm計:透射光用160鏡筒，帶0.17mm厚或更厚的蓋玻片；反射光用190鏡筒，不帶蓋玻片；透射光與反射光用鏡筒，筒長無限大。2 按浸法特征:非浸式干式、浸式油浸、水浸、甘油浸及其它浸法。3 按光學(xué)裝置:透射式、反射式以及折反射式。4 按數(shù)值孔徑和放大倍數(shù):低倍NA≤0.2與β≤10X，中倍NA≤0.65與β≤40X，高倍NA＞0.65與β＞40X。5 按校正象差的情況不同，通常分為消色差物鏡，半復(fù)消色差物鏡，復(fù)消色差物鏡，平視場消色差物鏡，平視場復(fù)消色差物鏡和單色物鏡。 a. 消色差物鏡Achromatic objective這是應(yīng)用最廣泛的一類顯微物鏡，外殼上常有"Ach"字樣。它校正了軸上點的位置色差紅，藍二色、球差黃綠光和正弦差，保持了齊明條件。軸外點的象散不超過允許值－4屬光度，二級光譜未校正。數(shù)值孔徑為0.1~0.15的低倍消色差物鏡一般由兩片透鏡膠合在一起的雙膠物鏡構(gòu)成。數(shù)值孔徑至0.2的消色差物鏡由兩組雙膠透鏡構(gòu)成。當(dāng)數(shù)值孔徑增大到0.3時，再加入一平凸透鏡，該平凸透鏡決定著物鏡的焦距，而其它透鏡則補償由其平面與球面產(chǎn)生的象差。高倍物鏡的平面象差可用浸法消除。高倍消色差物鏡一般均為浸式，由四部分構(gòu)成:前片透鏡、新月形透鏡及兩個雙膠透鏡組。 b. 復(fù)消色差物鏡Apochromatic objective這類物鏡的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，透鏡采用了特種玻璃或螢石等材料制作而成，物鏡的外殼上標(biāo)有"Apo"字樣。它對兩個色光實現(xiàn)了正弦條件，要求嚴(yán)格地校正軸上點的位置色差紅，藍二色、球差紅，藍二色和正弦差，同時要求校正二級光譜再校正綠光的位置色差。其倍率色差并不能完全校正，一般須用目鏡補償。由于對各種象差的校正極為完善，比響應(yīng)倍率的消色差物鏡有更大的數(shù)值孔徑，這樣不僅分辨率高，象質(zhì)量優(yōu)而且也有更高的有效放大率。因此，復(fù)消色差物鏡的性能很高，適用于高級研究鏡檢和顯微照相。 c. 半復(fù)消色差物鏡Semi apochromatic objective半復(fù)消色差物鏡又稱氟石物鏡，物鏡的外殼上標(biāo)有"FL"字樣。在結(jié)構(gòu)上透鏡的數(shù)目比消色差物鏡多，比復(fù)消色差物鏡少，成象質(zhì)量上，遠(yuǎn)較消色差物鏡為好，接近于復(fù)消色差物鏡。 d. 平視場物鏡Plan objective 平場物鏡是在物鏡的透鏡系統(tǒng)中增加一快半月形的厚透鏡，以達到校正場曲的缺陷，提高視場邊緣成像質(zhì)量的目的。平場物鏡的視場平坦，更適用于鏡檢和顯微照相。對于平視場消色差物鏡，其倍率色差不大，不必用特殊目鏡補償。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。 e. 單色物鏡這類物鏡由石英、熒石或氟化鋰制的一組單片透鏡構(gòu)成。只能在紫外線光譜區(qū)的個別區(qū)內(nèi)使用寬度不超過20mm，可見光譜區(qū)不能采用單色物鏡。這類物鏡均制成反射式與折反射式系統(tǒng)。主要缺點是相當(dāng)大一部分光束在中心被遮蔽入瞳面積的25%。在新型折反射系統(tǒng)中，由于采用半透明反射鏡以及物鏡的膠合結(jié)構(gòu)，使這一缺點大為減輕，從而可以取消反射鏡框的遮光。并且兩同軸反射鏡的殘余象差是互相補償?shù)模瑫r用透鏡組來增大數(shù)值孔徑。若系統(tǒng)的校正滿意，孔徑達到NA=1.4時，中心遮蔽可不超過入瞳面積的4%。 f. 特種物鏡所謂"特種物鏡"是在上述物鏡的基礎(chǔ)上，專門為達到某些特定的觀察效果而設(shè)計制造的。主要有以下幾種: a 帶校正環(huán)物鏡Correction collar objective在物鏡的中部裝有環(huán)裝的調(diào)節(jié)環(huán)，當(dāng)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)環(huán)時，可調(diào)節(jié)物鏡內(nèi)透鏡組之間的距離，從而校正由蓋玻片厚度不標(biāo)準(zhǔn)引起的覆蓋差。調(diào)節(jié)環(huán)上的刻度可從0 .11--.023，在物鏡的外殼上也標(biāo)科有此數(shù)字，表明可校正蓋玻片從0.11-0.23mm厚度之間的誤差。 b 帶虹彩光闌的物鏡Iris diaphragm objective在物鏡鏡筒內(nèi)的上部裝有虹彩光闌，外方也可以旋轉(zhuǎn)的調(diào)節(jié)環(huán)，轉(zhuǎn)動時可調(diào)節(jié)光闌孔徑的大小，這種結(jié)構(gòu)的物鏡是高級的油浸物鏡，它的作用是在暗視場鏡檢時，往往由于某些原因而使照明光線進入物鏡，使視場背景不夠黑暗，造成鏡檢質(zhì)量的下降。這時調(diào)節(jié)光闌的大小，使背景變黑，使被檢物體更明亮，增強鏡檢效果。 c 相襯物鏡Phase contrast objective這種物鏡是由于相襯鏡檢術(shù)的專用物鏡，其特點是在物鏡的后焦平面處裝有相板。 d 無罩物鏡No cover objective有些被檢物體，如涂抹制片等，上面不能加用蓋玻片，這樣在鏡檢時應(yīng)使用無罩物鏡，否則圖象質(zhì)量將明顯下降，特別是在高倍鏡檢時更為明顯。這種物鏡的外殼上常標(biāo)刻NC，同時在蓋玻片厚度的位置上沒有0.17的字樣，而標(biāo)刻著"0"。 e 長工作距離物鏡這種物鏡是倒置顯微鏡的專用物鏡，它是為了滿足組織培養(yǎng)，懸浮液等材料的鏡檢而設(shè)計。 五 目鏡 目鏡的作用是把物鏡放大的實象中間象再放大一級，并把物象映入觀察者的眼中，實質(zhì)上目鏡就是一個放大鏡。已知顯微鏡的分辨率能力是由物鏡的數(shù)值孔徑所決定的，而目鏡只是起放大作用。因此，對于物鏡不能分辨出的結(jié)構(gòu)，目鏡放的再大，也仍然不能分辨出。 六 聚光鏡 聚光鏡裝在載物臺的下方。小型的顯微鏡往往無聚光鏡，在使用數(shù)值孔徑0.40以上的物鏡時，則必須具有聚光鏡。聚光鏡不僅可以彌補光量的不足和適當(dāng)改變從光源射來的光的性質(zhì)，而且將光線聚焦于被檢物體上，以得到最好的照明效果。 聚光鏡的的結(jié)構(gòu)有多種，同時根據(jù)物鏡數(shù)值孔徑的大小，相應(yīng)地對聚光鏡的要求也不同 。 1． 阿貝聚光鏡Abbe condenser 這是由德國光學(xué)大學(xué)大師恩斯特.阿貝Ernst Abbe設(shè)計。阿貝聚光鏡由兩片透鏡組成，有較好的聚光能力，但是在物鏡數(shù)值孔徑高于0.60時，則色差，球差就顯示出來。因此，多用于普通顯微鏡上。 2． 消色差聚光鏡Achromatic aplanatic condenser 這種聚光鏡又名"消球差聚光鏡"和"齊明聚光鏡"，它由一系列透鏡組成，它對色差球差的校正程度很高，能得到理想的圖象，是明場鏡檢中質(zhì)量最高的一種聚光鏡，其NA值達1.4 。因此，在高級研究顯微鏡常配有此種聚光鏡。它不適用于4 X以下的低倍物鏡，否則照明光源不能充滿整個視場。 3． 搖出式聚光鏡Swing out condenser 在使用低倍物鏡時如4X，由于視場大，光源所形成的光錐不能充滿真整個視場，造成視場邊緣部分黑暗，只中央部分被照亮。要使視場充滿照明，就需將聚光鏡的上透鏡從光路中搖出。 4． 其它聚光鏡 聚光鏡除上述明場使用的類型外，還有作特殊用圖的聚光鏡。如暗視場聚光鏡，相襯聚光鏡，偏光聚光鏡，微分干涉聚光鏡等，以上聚光鏡分別適用于相應(yīng)的觀察方式。七 照明方法 顯微鏡的照明方法按其照明光束的形成，可分為"透射式照明"，和"落射式照明"兩大類。前者適用于透明或半透明的被檢物體，絕大數(shù)生物顯微鏡屬于此類照明法；后者則適用于非透明的被檢物體，光源來自上方，又稱""反射式照明"。主要應(yīng)用與金相顯微鏡或熒光鏡檢法。 1． 透射式照明 生物顯微鏡多用來觀察透明標(biāo)本，需要以透射光來照明。有兩種照明方式1 臨界照明Critical illumination 光源經(jīng)過聚光鏡后，成像于物平面上，如圖5所示。若忽略光能的損失，則光源像的亮度與光源本身相同，因此，這種方法相當(dāng)于在物平面上放置光源。顯然，在臨界照明中，如果光源表面亮度不均勻，或明顯地表現(xiàn)出細(xì)小的結(jié)構(gòu)，如燈絲等，那么就要嚴(yán)重影響顯微鏡觀察效果，這是臨界照明的缺點。其補救的方法是在光源的前方放置乳白和吸熱濾色片，使照明變得較為均勻和避免光源的長時間的照射而損傷被檢物體。用透射光照明時，物鏡成像光束的孔徑角，被聚光鏡像方光束的孔徑角所決定，為使物鏡的數(shù)值孔徑得到充分利用，聚光鏡應(yīng)有與物鏡相同或稍大的數(shù)值孔徑。 2 柯拉照明 臨界照明中物面光照度不均勻的缺點，在柯拉照明中可以消除。在光源1與聚光鏡5之間加一輔助聚光鏡2，如圖6所示。可見，由于不是直接把光源，而是把被光源均勻照明了的輔助聚光鏡2也稱為柯拉鏡成像在標(biāo)本6上，所以物鏡的視場標(biāo)本得到均勻的照明。 2． 落射式照明在觀察不透明物體時，例如通過金相顯微鏡觀察金屬磨片，往往是采用從側(cè)面或者從上面加以照明的方式。此時，被觀察物體的表面上沒有蓋玻璃片，標(biāo)本像的產(chǎn)生是靠進入物鏡的反射或散射光線。如圖7所示。 3． 用暗視場來觀察微粒的照明方法用暗視場方法可以觀察超顯微質(zhì)點。所謂超顯微質(zhì)點，是指那些小于顯微鏡分辨極限的微小質(zhì)點。暗視場照明的原理是:不使主要的照明光線進入物鏡，能夠進入物鏡成像的只是由微粒所散射的光線。因此，在暗的背景上給出了亮的微粒的像，視場背景雖暗，但襯度對比很好，可以使分辨率提高。 暗視場照明又有單向和雙向之分1 單向暗視場照明 圖8是單向暗視場照明示意圖。由圖可見，由照明器2發(fā)出的光線，經(jīng)不透明的標(biāo)本片1反射后，主要的光線都沒有進入物鏡3，進入物鏡的光線主要是由微粒或凸凹不平的細(xì)部所散射的光線。顯然，這種單向的暗視場照明，對觀察微粒的存在和運動是有效的，但對物體細(xì)節(jié)的再現(xiàn)不是有效的，即存在"失真"的現(xiàn)象。2 雙向暗視場照明 雙向暗視場照明，可以消除單向所產(chǎn)生的失真缺點。在普通的三透鏡聚光鏡前面，安置一個環(huán)形光闌，如圖9即可實現(xiàn)雙向暗視場照明。在聚光鏡的最后一片與載物玻璃片之間浸以液體，而蓋玻璃片與物鏡之間是干的。于是，經(jīng)過聚光鏡的環(huán)形光束，在蓋玻璃片內(nèi)全反射而不能進入物鏡，形成如圖中的回路。進入物鏡的只是由標(biāo)本上的微粒所散射的光線，形成了雙向暗視場照明。 四、 光學(xué)顯微鏡的組成結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡包括光學(xué)系統(tǒng)和機械裝置兩大部分，而數(shù)碼顯微鏡還包括數(shù)碼攝像系統(tǒng)，現(xiàn)分述如下:一 機械裝置 1． 機架 顯微鏡的主體部分，包括底座和彎臂。 2． 目鏡筒 位于機架上方，靠圓形燕尾槽與機架固定，目鏡插在其上。根據(jù)有否攝像功能，可分為雙目鏡筒和三目鏡筒；根據(jù)瞳距的調(diào)節(jié)方式不同，可分為鉸鏈?zhǔn)胶推揭剖健?3． 物鏡轉(zhuǎn)換器 它是一個旋轉(zhuǎn)圓盤，上有3～5個孔，分別裝有低倍或高倍物鏡鏡頭。轉(zhuǎn)動物鏡轉(zhuǎn)換器就可讓不同倍率的物鏡進入工作光路。 4． 載物臺 是放置玻片的平臺，其中央具有通光孔。臺上有一個彈性的標(biāo)本夾，用來夾住載玻片。右下方有移動手柄，使載物臺面可在XY雙方向進行移動。 5． 調(diào)焦機構(gòu) 利用調(diào)焦手輪可以驅(qū)動調(diào)焦機構(gòu)，使載物臺作粗調(diào)和微調(diào)的升降運動，從而使被觀察物體對焦清晰成像。 6． 聚光器調(diào)節(jié)機構(gòu) 聚光器安裝在其上，調(diào)節(jié)螺旋可以使聚光器升降，用以調(diào)節(jié)光線的強弱。二 光學(xué)系統(tǒng) 1． 目鏡 它是插在目鏡筒頂部的鏡頭，由一組透鏡組成，可以使物鏡成倍地分辨、放大物像，例如10X、15X等。按照所能看到的視場大小，目鏡可分為視場較小的普通目鏡，和視場較大的大視場目鏡或稱廣角目鏡兩類。較高檔顯微鏡的目鏡上還裝有視度調(diào)節(jié)機構(gòu)，操作者可以方便快捷地對左右眼分別進行視度調(diào)整；此外，在這些目鏡上可以加裝測量分劃板，測量分劃板的象總能清晰地調(diào)焦在標(biāo)本的焦面上；并且，為了防止目鏡被取走以及減少運輸中被損壞的可能性，這些目鏡可以被鎖定。 2． 物鏡 它安裝在轉(zhuǎn)換器的孔上，也是由一組透鏡組成的，能夠把物體清晰地放大。物鏡上刻有放大倍數(shù)，主要有10X、40X、60X、100X等。高倍物鏡中多采用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標(biāo)本片的上表面之間填充折射率為1.5左右的液體如杉木油，它能顯著的提高顯微觀察的分辨率。 3． 光源 有鹵素?zé)?、鎢絲燈、汞燈、熒光燈、金屬鹵化物燈等。 4． 聚光器 包括聚光鏡、孔徑光闌。聚光鏡由透鏡組成，它可以集中透射過來的光線，使更多的光能集中到被觀察的部位?？讖焦怅@可控制聚光器的通光范圍，用以調(diào)節(jié)光的強度。三 數(shù)碼攝像系統(tǒng) 1． 攝像頭 2． 圖像采集卡 3． 軟件 4． 微機 五、 光學(xué)顯微鏡的分類光學(xué)顯微鏡有多種分類方法:按使用目鏡的數(shù)目可分為雙目和單目顯微鏡；按圖像是否有立體感可分為立體視覺和非立體視覺顯微鏡；按觀察對像可分為生物和金相顯微鏡等；按光學(xué)原理可分為偏光、相襯和微差干涉對比