顯微鏡的基礎(chǔ)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(diǎn)之間以直線傳布,當(dāng)通過(guò)不同密度介質(zhì)的透明物體時(shí),則產(chǎn)生折射現(xiàn)象,這是由于光在不同介質(zhì)的流傳速度不同造成的。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(shí),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Zui根本的光學(xué)元件,物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個(gè)和多個(gè)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(lèi)。 當(dāng)一束平行于光軸的光線通過(guò)凸透鏡后相交于一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)稱(chēng)"焦點(diǎn)",通過(guò)交點(diǎn)并垂直光軸的平面,稱(chēng)"焦平面"。焦點(diǎn)有兩個(gè),在物方空間的焦點(diǎn),稱(chēng)"物方焦點(diǎn)",該處的焦平面,稱(chēng)"物方焦平面";反之,在象方空間的焦點(diǎn),稱(chēng)"象方焦點(diǎn)",該處的焦平面,稱(chēng)"象方焦平面"。 光線通過(guò)凹透鏡后,成正立虛像,而凸透鏡則成正立實(shí)像。實(shí)像可在屏幕上浮現(xiàn)出來(lái),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(shí),則在象方二倍焦距以?xún)?nèi)、焦點(diǎn)以外形成縮小的倒立實(shí)象; 2. 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距上時(shí),則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實(shí)象; 3. 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以?xún)?nèi),焦點(diǎn)以外時(shí),則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實(shí)象; 4. 當(dāng)物體位于透鏡物方焦點(diǎn)上時(shí),則象方不能成象; 5. 當(dāng)物體位于透鏡物方焦點(diǎn)以?xún)?nèi)時(shí),則象方也無(wú)象的形成,而在透鏡物方的同側(cè)比物體遠(yuǎn)的地位形成放大的豎立虛象。 三、 光學(xué)顯微鏡的成象(幾何成象)原理 只有當(dāng)物體對(duì)人眼的張角不小于某一值時(shí),肉眼能力差別其各個(gè)細(xì)部,該量稱(chēng)為目視分辨率ε。在Zui佳條件下,即物體的照度為50~70lx及其比較度較大時(shí),可達(dá)到1'。為易于觀測(cè),一般將該量加大到2',并取此為均勻目鏡分辨率。 物體視角的大小與該物體的長(zhǎng)度尺寸和物體至眼睛的間隔有關(guān)。有公式y(tǒng)=Lε 距離L不能取得很小,由于眼睛的調(diào)節(jié)才能有必定限度,尤其是眼睛在接近調(diào)節(jié)才能的極限范圍工作時(shí),會(huì)使視力極度疲勞。對(duì)于尺度(正視)而言,Zui佳的視距規(guī)定為250mm(明視距離)。這意味著,在沒(méi)有儀器的條件下,目視分辯率ε=2'的眼睛,能明白地域分大小為0.15mm的物體細(xì)節(jié)。 在觀測(cè)視角小于1'的物體時(shí),必需使用放大儀器。放大鏡和顯微鏡是用于觀測(cè)放置在觀測(cè)職員近處應(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資料制成的光學(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(diǎn)F以?xún)?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(méi)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,就是把近處的渺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。圖中為便利計(jì),把物鏡L1和目鏡L2均以單塊透鏡表現(xiàn)。物體AB位于物鏡前方,分開(kāi)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,必定形成一個(gè)倒立的放大的實(shí)像A'B'。 A'B'位于目鏡的物方焦點(diǎn)F2上,或者在很靠近F2的地位上。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(wú)窮遠(yuǎn)處(當(dāng)A'B'位于F2上時(shí)),也可以在視察者的明視距離處(當(dāng)A'B'在圖中焦點(diǎn)F2之右邊時(shí))。目鏡的作用與放大鏡一樣。所不同的只是眼睛通過(guò)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)技巧參數(shù) 在鏡檢時(shí),人們總是盼望能清晰而明亮的幻想圖象,這就須要顯微鏡的各項(xiàng)光學(xué)技巧參數(shù)到達(dá)必定的尺度,并且請(qǐng)求在應(yīng)用時(shí),必須依據(jù)鏡檢的目標(biāo)和實(shí)際情況來(lái)和諧各參數(shù)的關(guān)系。只有這樣,才干充足施展顯微鏡應(yīng)有的性能,得到滿(mǎn)足的鏡檢后果。 顯微鏡的光學(xué)技術(shù)參數(shù)包含:數(shù)值孔徑、分辨率、放大率、焦深、視場(chǎng)寬度、覆蓋差、工作距離等等。這些參數(shù)并不都是越高越好,它們之間是相互接洽又相互制約的,在使用時(shí),應(yīng)依據(jù)鏡檢的目標(biāo)和實(shí)際情形來(lái)調(diào)和參數(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(jiǎn)寫(xiě)NA,數(shù)值孔徑是物鏡和聚光鏡的重要技術(shù)參數(shù),是斷定兩者(尤其對(duì)物鏡而言)性能高下的主要標(biāo)記。其數(shù)值的大小,分辨標(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。用公式表現(xiàn)如下:NA=nsinu/2 孔徑角又稱(chēng)"鏡口角",是物鏡光軸上的物體點(diǎn)與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度??讖浇窃酱?,進(jìn)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(diǎn)的距離成反比。 顯微鏡觀察時(shí),若想增大NA值,孔徑角是無(wú)法增大的,唯一的措施是增大介質(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Zui大值為1.4,這個(gè)數(shù)值在理論上和技術(shù)上都達(dá)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。 這里必需指出,為了充足施展物鏡數(shù)值孔徑的作用,在觀察時(shí),聚光鏡的NA值應(yīng)即是或略大于物鏡的NA值。 數(shù)值孔徑與其他技術(shù)參數(shù)有著親密的關(guān)系,它幾乎決定和影響著其他各項(xiàng)技巧參數(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(chǎng)寬度與工作距離都會(huì)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楚區(qū)分的兩個(gè)物點(diǎn)的Zui小間距,又稱(chēng)"辨別率"。其盤(pán)算公式是σ=λ/NA 式中σ為Zui小分辨距離;λ為光線的波長(zhǎng);NA為物鏡的數(shù)值孔徑??梢?jiàn)物鏡的分辯率是由物鏡的NA值與照明光源的波長(zhǎng)兩個(gè)因素決定。NA值越大,照明光線波長(zhǎng)越短,則σ值越小,分辨率就越高。要進(jìn)步分辨率,即減小σ值,可采用以下辦法(1) 下降波長(zhǎng)λ值,使用短波長(zhǎng)光源。(2) 增大介質(zhì)n值以進(jìn)步NA值(NA=nsinu/2)。(3) 增大孔徑角u值以提高NA值。(4) 增添明暗反差。 3. 放大率和有效放大率 由于經(jīng)過(guò)物鏡和目鏡的兩次放大,所以顯微鏡總的放大率Γ應(yīng)當(dāng)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(guò)更換不同放大率的物鏡和目鏡,能夠便利地改變顯微鏡的放大率。 放大率也是顯微鏡的重要參數(shù),但也不能盲目信任放大率越高越好。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(gè)不同的但又互有接洽的概念。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(shí),顯微鏡不能分清物體的微細(xì)結(jié)構(gòu),此時(shí)即使過(guò)度地增大放大倍率,得到的也只能是一個(gè)輪廓雖大但細(xì)節(jié)不清的圖像,稱(chēng)為無(wú)效放大倍率。反之假如分辨率已滿(mǎn)足請(qǐng)求而放大倍率不足,則顯微鏡雖已具備辨別的能力,但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見(jiàn)。所認(rèn)為了充足施展顯微鏡的分辨能力,應(yīng)使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率公道匹配。 4. 焦深 焦深為焦點(diǎn)深度的簡(jiǎn)稱(chēng),即在應(yīng)用顯微鏡時(shí),當(dāng)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)某一物體時(shí),不僅位于該點(diǎn)平面上的各點(diǎn)都可以看清晰,而且在此平面的高低一定厚度內(nèi),也能看得清晰,這個(gè)明白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,分辨率下降。 由于低倍物鏡的景深較大,所以在低倍物鏡照相時(shí)造成艱苦。在顯微照相時(shí)將具體先容。 5. 視場(chǎng)直徑(Field Of View) 觀察顯微鏡時(shí),所看到的明亮的圓形范疇叫視場(chǎng),它的大小是由目鏡里的視場(chǎng)光闌決議的。視場(chǎng)直徑也稱(chēng)視場(chǎng)寬度,是指在顯微鏡下看到的圓形視場(chǎng)內(nèi)所能容納被檢物體的實(shí)際規(guī)模。視場(chǎng)直徑愈大,愈便于觀察。有公式 F=FN/β 式中F: 視場(chǎng)直徑,F(xiàn)N:視場(chǎng)數(shù)(Field Number, 簡(jiǎn)寫(xiě)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(chǎng)直徑與視場(chǎng)數(shù)成正比。(2) 增大物鏡的倍數(shù),則視場(chǎng)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. 籠罩差 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(jìn)進(jìn)空氣產(chǎn)生折射后的光路產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變,從而發(fā)生了相差,這就是覆蓋差?;\罩差的產(chǎn)生影響了顯微鏡的成響質(zhì)量。 國(guó)際上規(guī)定,蓋玻片的尺度厚度為0.17mm,允許范疇在0.16-0.18mm,在物鏡的制作上已將此厚度規(guī)模的相差盤(pán)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(shí),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(gè)概念,平時(shí)習(xí)慣所說(shuō)的調(diào)焦,實(shí)際上是調(diào)節(jié)工作距離。 在物鏡數(shù)值孔徑一定的情形下,工作間隔短孔徑角則大。 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Zui主要的光學(xué)部件,應(yīng)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(xiàng)光學(xué)技術(shù)參數(shù),是權(quán)衡一臺(tái)顯微鏡質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。 物鏡的構(gòu)造龐雜,制造精密,由于對(duì)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。物鏡有很多具體的要求,如合軸,齊焦。 齊焦既是在鏡檢時(shí),當(dāng)用某一倍率的物鏡觀察圖象清楚后,在轉(zhuǎn)換另一倍率的物鏡時(shí),其成象亦應(yīng)基礎(chǔ)清晰,而且象的中心偏離也應(yīng)當(dāng)在必定的規(guī)模內(nèi),也就是合軸水平。齊焦性能的優(yōu)劣和合軸水平的高下是顯微鏡 質(zhì)量的一個(gè)主要標(biāo)記,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(dá)到高度完美,其數(shù)值孔徑已接近極限,視場(chǎng)中心的分辯率與理論值之差別已微乎其微。但持續(xù)增大顯微物鏡視場(chǎng)與提高視場(chǎng)邊沿成象質(zhì)量的可能性仍然存在,這種研討工作,至今仍在進(jìn)行。 顯微物鏡與目鏡在參于成象這點(diǎn)上是有差別的。物鏡是顯微鏡Zui龐雜和Zui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(chǎng)小);目鏡在窄光束中工作,但其傾角大(視場(chǎng)大)。當(dāng)盤(pán)算物鏡與目鏡,在打消象差上有很大差異。 與寬光束有關(guān)的象差是球差、慧差以及地位色差;與視場(chǎng)有關(guān)的象差是象散、場(chǎng)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(duì)共軛點(diǎn)而言,排除了球差并且實(shí)現(xiàn)了正弦條件時(shí),每一物鏡僅有兩個(gè)這種消球差點(diǎn)。因此,物體與象的計(jì)算位置的任何轉(zhuǎn)變均導(dǎo)致象差變大。 1. 物鏡的重要參數(shù)(1) 放大率β (2) 數(shù)值孔徑NA (3) 機(jī)械筒長(zhǎng)L:在顯微鏡中,物鏡支承面到目鏡支承面之間的距離稱(chēng)為機(jī)械筒長(zhǎng)。對(duì)于一臺(tái)顯微鏡來(lái)說(shuō),機(jī)械筒長(zhǎng)是固定的。我國(guó)規(guī)定機(jī)械筒長(zhǎng)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(zhǎng)無(wú)窮的顯微物鏡,這種物鏡的后方一般帶有輔助物鏡(也叫補(bǔ)償物鏡或鏡筒物鏡),被察看物體位于物鏡前焦點(diǎn)上,經(jīng)過(guò)物鏡以后,成像在無(wú)窮遠(yuǎn),再經(jīng)過(guò)輔助物鏡成像在輔助物鏡的焦平面上,如圖4所示。在物鏡和幫助物鏡之間是平行光,所以中間距離比擬自由一些,可以參加棱鏡等光學(xué)元件。 2. 物鏡的根本類(lèi)型(1) 按顯微鏡鏡筒長(zhǎng)度(以mm計(jì)):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(zhǎng)無(wú)限大。(2) 按浸法特點(diǎn):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) 按校正象差的情形不同,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(chǎng)消色差物鏡,平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡和單色物鏡。 a. 消色差物鏡(Achromatic objective)這是運(yùn)用Zui普遍的一類(lèi)顯微物鏡,外殼上常有"Ach"字樣。它校正了軸上點(diǎn)的位置色差(紅,藍(lán)二色)、球差(黃綠光)和正弦差,堅(jiān)持了齊明條件。軸外點(diǎn)的象散不超過(guò)容許值(-4屬光度),二級(jí)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(shí),再參加一平凸透鏡,該平凸透鏡決議著物鏡的焦距,而其它透鏡則補(bǔ)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排除。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(gè)雙膠透鏡組。 b. 復(fù)消色差物鏡(Apochromatic objective)這類(lèi)物鏡的結(jié)構(gòu)龐雜,透鏡采取了特種玻璃或螢石等資料制造而成,物鏡的外殼上標(biāo)有"Apo"字樣。它對(duì)兩個(gè)色光實(shí)現(xiàn)了正弦條件,要求嚴(yán)厲地校正軸上點(diǎn)的位置色差(紅,藍(lán)二色)、球差(紅,藍(lán)二色)和正弦差,同時(shí)請(qǐng)求校正二級(jí)光譜(再校訂綠光的位置色差)。其倍率色差并不能完整校正,一般須用目鏡補(bǔ)償。由于對(duì)各種象差的校正極為完美,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?jī)?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,實(shí)用于高等研討鏡檢和顯微照相。 c. 半復(fù)消色差物鏡(Semi apochromatic objective)半復(fù)消色差物鏡又稱(chēng)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(chǎng)物鏡(Plan objective )平場(chǎng)物鏡是在物鏡的透鏡體系中增長(zhǎng)一快半月形的厚透鏡,以到達(dá)校訂場(chǎng)曲的缺點(diǎn),提高視場(chǎng)邊沿成像質(zhì)量的目標(biāo)。平場(chǎng)物鏡的視場(chǎng)平坦,更實(shí)用于鏡檢和顯微照相。對(duì)于平視場(chǎng)消色差物鏡,其倍率色差不大,不必用特別目鏡補(bǔ)償。而平視場(chǎng)復(fù)消色差物鏡,則必需用目鏡來(lái)補(bǔ)償它的倍率色差。 e. 單色物鏡這類(lèi)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(gè)別區(qū)內(nèi)應(yīng)用(寬度不超過(guò)20mm),可見(jiàn)光譜區(qū)不能采用單色物鏡。這類(lèi)物鏡均制成反射式與折反射式系統(tǒng)。主要毛病是相當(dāng)大一部分光束在中心被掩蔽(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構(gòu)造,使這一缺陷大為減輕,從而可以撤消反射鏡框的遮光。并且兩同軸反射鏡的殘余象差是互相補(bǔ)償?shù)?,同時(shí)用透鏡組來(lái)增大數(shù)值孔徑。若體系的校訂滿(mǎn)足,孔徑達(dá)到NA=1.4時(shí),中心掩蔽可不超過(guò)進(jìn)瞳面積的4%。 f. 特種物鏡所謂"特種物鏡"是在上述物鏡的基本上,專(zhuān)門(mén)為到達(dá)某些特定的觀察效果而設(shè)計(jì)制作的。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(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)時(shí),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)引起的籠罩差。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(dòng)時(shí)可調(diào)節(jié)光闌孔徑的大小,這種構(gòu)造的物鏡是高等的油浸物鏡,它的作用是在暗視場(chǎng)鏡檢時(shí),往往由于某些原因而使照明光線進(jìn)入物鏡,使視場(chǎng)背景不夠黑暗,造成鏡檢質(zhì)量的降低。這時(shí)調(diào)節(jié)光闌的大小,使背景變黑,使被檢物體更明亮,加強(qiáng)鏡檢后果。 (c) 相襯物鏡(Phase contrast objective)這種物鏡是由于相襯鏡檢術(shù)的專(zhuān)用物鏡,其特色是在物鏡的后焦平面處裝有相板。 (d) 無(wú)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(shí)應(yīng)使用無(wú)罩物鏡,否則圖象質(zhì)量將顯著降落,特殊是在高倍鏡檢時(shí)更為顯明。這種物鏡的外殼上常標(biāo)刻NC,同時(shí)在蓋玻片厚度的位置上沒(méi)有0.17的字樣,而標(biāo)刻著"0"。 (e) 長(zhǎng)工作間隔物鏡這種物鏡是顛倒顯微鏡的專(zhuān)用物鏡,它是為了滿(mǎn)足組織培育,懸浮液等資料的鏡檢而設(shè)計(jì)。 (五) 目鏡 目鏡的作用是把物鏡放大的實(shí)象(中間象)再放大一級(jí),并把物象映入觀察者的眼中,本質(zhì)上目鏡就是一個(gè)放大鏡。已知顯微鏡的分辨率能力是由物鏡的數(shù)值孔徑所決議的,而目鏡只是起放大作用。因此,對(duì)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(tái)的下方。小型的顯微鏡往往無(wú)聚光鏡,在使用數(shù)值孔徑0.40以上的物鏡時(shí),則必須具有聚光鏡。聚光鏡不僅可以補(bǔ)充光量的不足和恰當(dāng)轉(zhuǎn)變從光源射來(lái)的光的性質(zhì),而且將光線聚焦于被檢物體上,以得到Zui好的照明后果。 聚光鏡的的結(jié)構(gòu)有多種,同時(shí)依據(jù)物鏡數(shù)值孔徑的大小,相應(yīng)地對(duì)聚光鏡的要求也不同 。 1. 阿貝聚光鏡(Abbe condenser) 這是由德國(guó)光學(xué)大學(xué)巨匠恩斯特.阿貝(Ernst Abbe)設(shè)計(jì)。阿貝聚光鏡由兩片透鏡組成,有較好的聚光才能,但是在物鏡數(shù)值孔徑高于0.60時(shí),則色差,球差就顯示出來(lái)。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(duì)色差球差的校正水平很高,能得到幻想的圖象,是明場(chǎng)鏡檢中質(zhì)量Zui高的一種聚光鏡,其N(xiāo)A值達(dá)1.4 。因此,蔡司鏡片,在高等研討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斥全部視場(chǎng)。 3. 搖出式聚光鏡(Swing out condenser) 在使用低倍物鏡時(shí)(如4X),由于視場(chǎng)大,光源所形成的光錐不能充斥真全部視場(chǎng),造成視場(chǎng)邊沿部分黑暗,只中心部分被照亮。要使視場(chǎng)布滿(mǎn)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(chǎng)使用的類(lèi)型外,還有作特別用圖的聚光鏡。如暗視場(chǎng)聚光鏡,相襯聚光鏡,偏光聚光鏡,微分干預(yù)聚光鏡等,以上聚光鏡分離實(shí)用于相應(yīng)的視察方法。(七) 照明辦法 顯微鏡的照明方式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(lèi)。前者適用于透明或半透明的被檢物體,盡大數(shù)生物顯微鏡屬于此類(lèi)照明法;后者則適用于非透明的被檢物體,光源來(lái)自上方,又稱(chēng)""反射式照明"。重要利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(lái)觀察透明標(biāo)本,須要以透射光來(lái)照明。有兩種照明方法(1) 臨界照明(Critical illumination) 光源經(jīng)過(guò)聚光鏡后,成像于物平面上,如圖5所示。若疏忽光能的喪失,則光源像的亮度與光源本身雷同,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,假如光源表面亮度不均勻,或顯明地表示出渺小的結(jié)構(gòu),如燈絲等,那么就要嚴(yán)重影響顯微鏡觀察效果,這是臨界照明的毛病。其補(bǔ)救的辦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(zhǎng)時(shí)光的照耀而損傷被檢物體。用透射光照明時(shí),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)值孔徑得到充分應(yīng)用,聚光鏡應(yīng)有與物鏡雷同或稍大的數(shù)值孔徑。 (2) 柯拉照明 臨界照明中物面光照度不均勻的毛病,在柯拉照明中可以打消。在光源1與聚光鏡5之間加一幫助聚光鏡2,如圖6所示??梢?jiàn),由于不是直接把光源,而是把被光源均勻照明了的幫助聚光鏡2(也稱(chēng)為柯拉鏡)成像在標(biāo)本6上,所以物鏡的視場(chǎng)(標(biāo)本)得到均勻的照明。 2. 落射式照明在視察不透明物體時(shí),例如通過(guò)金相顯微鏡觀察金屬磨片,往往是采取從側(cè)面或者從上面加以照明的方式。此時(shí),被觀察物體的表面上沒(méi)有蓋玻璃片,標(biāo)本像的發(fā)生是靠進(jìn)入物鏡的反射或散射光線。如圖7所示。 3. 用暗視場(chǎng)來(lái)觀察微粒的照明方式用暗視場(chǎng)辦法可以觀察超顯微質(zhì)點(diǎn)。所謂超顯微質(zhì)點(diǎn),是指那些小于顯微鏡辨別極限的渺小質(zhì)點(diǎn)。暗視場(chǎng)照明的原理是:不使主要的照明光線進(jìn)入物鏡,能夠進(jìn)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(chǎng)背景雖暗,但襯度(對(duì)照)很好,可以使分辨率提高。 暗視場(chǎng)照明又有單向和雙向之分(1) 單向暗視場(chǎng)照明 圖8是單向暗視場(chǎng)照昭示意圖。由圖可見(jiàn),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(méi)有進(jìn)入物鏡3,進(jìn)進(jìn)物鏡的光線主要是由微?;蛲拱疾黄降募?xì)部所散射的光線。顯然,這種單向的暗視場(chǎng)照明,對(duì)察看微粒的存在和活動(dòng)是有效的,但對(duì)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(chǎng)照明 雙向暗視場(chǎng)照明,可以清除單向所發(fā)生的失真缺陷。在普通的三透鏡聚光鏡前面,安頓一個(gè)環(huán)形光闌,如圖9即可實(shí)現(xiàn)雙向暗視場(chǎng)照明。在聚光鏡的Zui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(guò)聚光鏡的環(huán)形光束,在蓋玻璃片內(nèi)全反射而不能進(jìn)入物鏡,形成如圖中的回路。進(jìn)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(chǎng)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(jī)械裝置兩大部分,而數(shù)碼顯微鏡還包含數(shù)碼攝像體系,現(xiàn)分述如下:(一) 機(jī)械裝置 1. 機(jī)架 顯微鏡的主體部分,包含底座和彎臂。 2. 目鏡筒 位于機(jī)架上方,靠圓形燕尾槽與機(jī)架固定,目鏡插在其上。根占有否攝像功效,可分為雙目鏡筒和三目鏡筒;根據(jù)瞳距的調(diào)節(jié)方法不同,可分為鉸鏈?zhǔn)胶推揭剖健?3. 物鏡轉(zhuǎn)換器 它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán),上有3~5個(gè)孔,分離裝有低倍或高倍物鏡鏡頭。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡轉(zhuǎn)換器就可讓不同倍率的物鏡進(jìn)入工作光路。 4. 載物臺(tái) 是放置玻片的平臺(tái),其中心具有通光孔。臺(tái)上有一個(gè)彈性的標(biāo)本夾,用來(lái)夾住載玻片。右下方有移動(dòng)手柄,使載物臺(tái)面可在XY雙方向進(jìn)行移動(dòng)。 5. 調(diào)焦機(jī)構(gòu) 應(yīng)用調(diào)焦手輪可以驅(qū)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu),使載物臺(tái)作粗協(xié)調(diào)微調(diào)的升降活動(dòng),從而使被觀察物體對(duì)焦清晰成像。 6. 聚光器調(diào)節(jié)機(jī)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(qiáng)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,可以使物鏡成倍地辨別、放大物像,例如10X、15X等。依照所能看到的視場(chǎng)大小,目鏡可分為視場(chǎng)較小的普通目鏡,和視場(chǎng)較大的大視場(chǎng)目鏡(或稱(chēng)廣角目鏡)兩類(lèi)。較高級(jí)顯微鏡的目鏡上還裝有視度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),操作者可以便利快捷地對(duì)左右眼分辨進(jìn)行視度調(diào)劑;此外,在這些目鏡上可以加裝丈量分劃板,丈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(yùn)輸中被破壞的可能性,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,能夠把物體清楚地放大。物鏡上刻有放大倍數(shù),主要有10X、40X、60X、100X等。高倍物鏡中多采取浸液物鏡,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),它能明顯的進(jìn)步顯微觀察的分辨率。 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(guò)來(lái)的光線,使更多的光能集中到被察看的部位??讖焦怅@可把持聚光器的通光范疇,用以調(diào)節(jié)光的強(qiáng)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(jī) 五、 光學(xué)顯微鏡的分類(lèi)光學(xué)顯微鏡有多種分類(lèi)方式: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(jué)和非立體視覺(jué)顯微鏡;按觀察對(duì)像可分為生物和金相顯微鏡等;按光學(xué)原理可分為偏光、相襯和微差干預(yù)對(duì)照?/
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