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光學顯微鏡 optical microscope

應用光學原理把人眼所不能辨別的渺小物體放大成像，以供人們提取微細構造信息的光學儀器。

簡史 早在公元前 1世紀，人們就已發(fā)明通過球形透明物體往視察渺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)律有了認識。1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制作者已經(jīng)造出相似顯微鏡的放大儀器。1610年前后，意大利的伽利略和德國的J.開普勒在研討看遠鏡的同時，轉變物鏡和目鏡之間的間隔，得出公道的顯微鏡光路結構，當時的光學工匠遂紛紜從事顯微鏡的制作、推廣和改良。17世紀中葉，英國的R.胡克和荷蘭的 A.van列文胡克都對顯微鏡的發(fā)展作出了出色的貢獻。1665年前后，胡克在顯微鏡中參加粗動和微動調(diào)焦機構、照明體系和承載標本片的工作臺。這些部件經(jīng)過精益求精，成為現(xiàn)代顯微鏡的基礎組成部分。1673～1677年期間，列文胡抑制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡,其中9臺保留至今。胡克和列文胡克應用自制的顯微鏡在動、植物機體微觀結構的研討方面取得了出色的成績。19世紀，高質量消色差浸液物鏡的呈現(xiàn)使顯微鏡觀察微細構造的才能大為進步。1827年G.B.阿米奇第一個采取浸液物鏡。19世紀70年代，德國人E.阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基本。這些都增進了顯微鏡制作和顯微察看技巧的敏捷發(fā)展，并為19世紀后半葉包含R.科赫、L.巴斯德等在內(nèi)的生物學家和醫(yī)學家發(fā)明細菌和微生物供給了有力的工具。

在顯微鏡本身結構發(fā)展的同時，顯微觀察技巧也在不斷創(chuàng)新：1850年涌現(xiàn)了偏光顯微術，1893年呈現(xiàn)了干預顯微術，1935年荷蘭物理學家F.澤爾尼克發(fā)明了相襯顯微術，他為此在1953年被授予諾貝爾物理學獎金。

古典的光學顯微鏡只是光學元件和精密機械元件的組合，它以人眼作為接受器來察看放大的像。后來在顯微鏡中參加了攝影裝置，以感光膠片作為可以記載和存儲的吸收器?，F(xiàn)代又廣泛采取光電元件、電視攝象管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接受器，配以微型電子盤算機后構成完全的圖象信息采集和處置體系。

工作原理 表面為曲面的玻璃或其他透明資料制成的光學透鏡可以使物體放大成像。光學顯微鏡就是應用這一原理把渺小物體放大到人眼足以察看的尺寸。近代的光學顯微鏡通常采取兩級放大，分辨由物鏡和目鏡完成。被視察物體AB位于物鏡的前方,被物鏡作第一級放大后成一倒立的實象A1B1。然后此實像再被目鏡作第二級放大，成一虛象A2B2,人眼看到的就是虛像A2B2。

顯微鏡的總放大倍率為
顯微鏡總放大倍率＝物鏡放大倍率×目鏡放大倍率

放大倍率是指直線尺寸的放大比而不是面積比。在用人眼直接觀察的顯微鏡中,可以在實像面A1B1處放置一塊薄型平板玻璃片，其上刻有某種圖案的線條，例如十字線。當實像A1B1和這些刻線疊合在一起時,利用這些刻線就能對物體進行瞄準定位或尺寸丈量。這種放置在實像面處的薄型平板玻璃片通稱分劃板。在新型的以光電元件作為吸收器的光學顯微鏡中，電視攝象管的靶面或其他光電元件的吸收面就設置在實像面上。

組成 光學顯微鏡由載物臺、聚光照明系統(tǒng)、物鏡、目鏡和調(diào)焦機構組成。

載物臺 用于承放被觀察的物體。利用調(diào)焦旋鈕可以驅動調(diào)焦機構使載物臺作粗協(xié)調(diào)微調(diào)的升降活動，使被觀察物體調(diào)焦清楚成象。它的上層可以在程度面內(nèi)沿、方向作精密移動和在程度面內(nèi)轉動，把被觀察的部位調(diào)放到視場中心。

聚光照明體系 由燈源和聚光鏡構成。當被觀察物體本身不發(fā)光時，由外界光源賜與照明。照明燈的光譜特征必需與顯微鏡的接受器的工作波段相適應。聚光鏡的功效是使更多的光能集中到被視察的部位。

物鏡 位于被觀察物體鄰近實現(xiàn)第一級放大的鏡頭。在物鏡轉換器上同時裝著幾個不同放大倍率的物鏡。轉動轉換器可讓不同倍率的物鏡進進工作光路。物鏡放大倍率通常為5～100倍。物方視場直徑（即通過顯微鏡能看到的圖像范疇）約為 11-20毫米。物鏡放大倍率越高則視場越小。 物鏡是顯微鏡中對成象質量優(yōu)劣起決議性作用的光學元件。常用的有：①能對兩種色彩的光線校訂色差的消色差物鏡；②質量更高的能對三種色光校訂色差的復消色差物鏡；③能保證物鏡的全部像面為平面以進步視場邊沿成像質量的平像場物鏡。為了進步顯微觀察的分辨率，在高倍物鏡中采用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標本片的上表面之間填充折射率為1.5左右的液體。

目鏡 位于人眼鄰近實現(xiàn)第二級放大的鏡頭。目鏡放大倍率通常為5～20倍，按能否放置分劃板,可分成兩類：①不宜放置分劃板的，如惠更斯型目鏡。這是現(xiàn)代顯微鏡中常用的型式，長處是結構簡略、價錢低廉；毛病是由于成像質量的原因，不宜放置供瞄準定位或尺寸丈量用的分劃板。②能放置分劃板的，如凱爾納型和對稱型目鏡，它們能戰(zhàn)勝上述目鏡的缺陷。依照能看到的視場大小，目鏡又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。

調(diào)焦機構 載物臺和物鏡兩者必需能沿物鏡光軸方向作相對活動以實現(xiàn)調(diào)焦，獲得清晰的圖像。用高倍物鏡工作時，允許的調(diào)焦范疇往往小于微米，所以顯微鏡必需具備極為精密的微動調(diào)焦機構。

顯微鏡放大倍率的極限 顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率。儀器的分辯率是指儀器提供被測對像微細結構信息的才能。辨別率越高則供給的信息越過細。顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清楚區(qū)分的兩個物點的Zui小間距。依據(jù)衍射理論，顯微物鏡的分辨率為
sigma=0.61lamda/N.sinU ~1式中l(wèi)amda為所用光波的波長；N 為物體所在空間的折射率，物體在空氣中時N=1；U為孔徑角，即從物點發(fā)出能進進物鏡成像的光線錐的錐頂角的半角;NsinU 稱為數(shù)值孔徑。 當波長λ必定時， 分辨率取決于數(shù)值孔徑的大小。數(shù)值孔徑越大則能分辨的結構越細，即分辨率越高。數(shù)值孔徑是顯微物鏡的一個主要性能指標，通常與放大倍率一起標注在物鏡鏡筒外殼上，例如40×0.65表現(xiàn)物鏡的放大倍率為40倍，數(shù)值孔徑為0.65。
分辯率和放大倍率是兩個不同的但又互有接洽的概念。當選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大，即辨別率不夠高時，顯微鏡不能分清物體的微細構造，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節(jié)不清的圖像。這種過度的放大倍率稱為無效放大倍率。反之假如分辨率已滿足請求而放大倍率不足，則顯微鏡雖已具備分辨的潛在能力，但因圖像太小而仍然不能被人眼清楚視見。為了充足施展顯微鏡的分辯才能，應使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率公道匹配，以滿足下列條件：
500NsinU＜顯微鏡總放大倍率＜1000NsinU ~2
在此范疇內(nèi)的放大倍率稱為有效放大倍率。由于sinU永遠小于1，物方空間折射率NZui高約為1.5，NsinU不可能大于1.5，故光學顯微鏡的分辨率受(1)式限制，具有必定的極限。有效放大倍率受上式限制,一般不超過1500倍。顯微鏡應用者應由所需分辨的Zui小尺寸按(1)式斷定所需的數(shù)值孔徑，選定物鏡,然后按(2)式選定總放大倍率和目鏡放大倍率。
提高分辨率的道路是：采用較短波長的光波或增大孔徑角U值，或是提高物體所在空間的折射率N，例如在物體所在空間填充折射率為 1.5的液體。以這種方法工作的物鏡稱為浸液物鏡。而電子顯微鏡正是利用波長極短的特征，在提高分辨率方面取得重大突破的。

聚光照明系統(tǒng)對顯微觀察的影響 聚光照明系統(tǒng)是對顯微鏡成像性能有較大影響但又易于被應用者疏忽的環(huán)節(jié)。它的功效是供給亮度足夠且均勻的物面照明。聚光鏡發(fā)來的光束應能保證充斥物鏡孔徑角，否則就不能充足利用物鏡所能到達的Zui高分辨率。為此目標，在聚光鏡中設有相似照相物鏡中的可以調(diào)節(jié)開孔大小的可變孔徑光闌，用來調(diào)節(jié)照明光束孔徑，以與物鏡孔徑角匹配。觀察高反差物體時，宜使照明光束布滿物鏡的全孔徑；對于低反差物體,宜使照明光束充斥物鏡的2/3孔徑。在較完美的柯勒照明系統(tǒng)中，除可變孔徑光闌外，還裝有把持被照明視場大小的可變視場光闌，以保證被照明的物面規(guī)模與物鏡所需的視場匹配。物面被照明的規(guī)模太小固然不行，過大則不僅過剩，甚至有害，顯微鏡報價CCD報價，由于有效視場以外的過剩的光線會在光學零件表面和鏡筒內(nèi)壁多次反射，Zui后作為雜散光達到像面，使圖像的反差降落。
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