1、12主要内容主要内容v一、显微镜的发展一、显微镜的发展v二、显微镜的应用二、显微镜的应用v三、显微镜的原理三、显微镜的原理v四、显微镜的结构四、显微镜的结构v五、显微镜的重要参数五、显微镜的重要参数v六、显微镜的镜头六、显微镜的镜头v七、显微镜的像差七、显微镜的像差34 v显微镜理论、制作和应用的发显微镜理论、制作和应用的发展展v从十五世纪开始逐渐发展起来的。从十五世纪开始逐渐发展起来的。5近代光学显微镜的发展历程v1590年，荷兰的詹森父子年，荷兰的詹森父子(Hans and zachrias Janssen) 制造出第一台原始的、放大倍数约为制造出第一台原始的、放大倍数约为20倍的显微镜倍
2、的显微镜v这个显微镜是用一个这个显微镜是用一个凹镜凹镜和一个凸镜做成的，制和一个凸镜做成的，制作水平还很低。作水平还很低。v发明的发明的偶然性偶然性v詹森父子俩的修养起了决定作用，他们抓住这个詹森父子俩的修养起了决定作用，他们抓住这个偶然的发现，认真思索，反复实践，用大大小小偶然的发现，认真思索，反复实践，用大大小小的凸玻璃片做各种距离不等的配合，终于发明了的凸玻璃片做各种距离不等的配合，终于发明了世界上第一台显微镜。世界上第一台显微镜。v并没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这并没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这个原因，詹森的发明并没有引起世人的重视。个原因，詹森的发明并没有引起世人
3、的重视。 6v16l0年，意大利物理学家年，意大利物理学家伽利略伽利略(Galileo)制造了具有物镜、目镜及镜筒制造了具有物镜、目镜及镜筒的望远镜的望远镜 7v1665年，英国物理学家年，英国物理学家罗伯特罗伯特胡克胡克(Robert Hooke)用复式显微镜观察软木用复式显微镜观察软木塞时发现了小的蜂房状结构，称为塞时发现了小的蜂房状结构，称为“细细胞胞”，由此引起了细胞研究的热潮。，由此引起了细胞研究的热潮。8（左）1665年 R. Hoock用来发现细胞的光学显微镜。(右)1848年的显微镜。9近代光学显微镜的发展历程v荷兰的显微镜学家、微生物荷兰的显微镜学家、微生物学的开拓者学的开拓
4、者列文虎克列文虎克(A.van Leeuwenhoek)首先制造成放首先制造成放大大275倍的显微镜倍的显微镜，并于，并于1673年，描述了哺乳动物年，描述了哺乳动物红血红血球球的观察情况，的观察情况，1677年，又发年，又发现了人以及狗和兔子的现了人以及狗和兔子的精子精子10Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723).Magnification ranges at 50-275x.11近代光学显微镜的发展历程v1684年，荷兰物理学家年，荷兰物理学家惠更斯惠更斯(Huygens)设计并制造出双透镜目镜设计并制造出双透镜目镜惠更斯目镜惠更斯目镜，是现代多种目镜的
5、原型。，是现代多种目镜的原型。这时的光学显微镜已初具现代显微镜的这时的光学显微镜已初具现代显微镜的基本结构基本结构惠更斯目镜有两片凸面朝向显惠更斯目镜有两片凸面朝向显微物镜的内焦点平凸透镜构成微物镜的内焦点平凸透镜构成,该结构不能消场曲该结构不能消场曲,由像散来由像散来平衡平衡,一般用于低倍显微镜一般用于低倍显微镜; 12v1752年，英国人年，英国人J. Dollond 发明消色差显微镜。发明消色差显微镜。v1812年，苏格兰人年，苏格兰人D. Brewster 发明油浸物镜，改发明油浸物镜，改进了体视显微镜。进了体视显微镜。1840年法国光学仪器商人查尔斯年法国光学仪器商人查尔斯塞福尔制造
6、的显微镜塞福尔制造的显微镜 Microscope made by Charles Chevalier 184013v在显微镜的发展史中，贡献最为卓著的是德国在显微镜的发展史中，贡献最为卓著的是德国的物理学家、数学家和光学大师的物理学家、数学家和光学大师恩斯特恩斯特阿贝阿贝(Ernst Abbe)。v他提出了显微镜的完善理论，阐明了成像原理、他提出了显微镜的完善理论，阐明了成像原理、数值孔径等问题，在数值孔径等问题，在1870年发表了有关放大理年发表了有关放大理论的重要文章。论的重要文章。v两年后又发明了油浸物镜，并在光学玻璃、两年后又发明了油浸物镜，并在光学玻璃、显微镜的设计和改进等方向取得了
7、光辉的业绩。显微镜的设计和改进等方向取得了光辉的业绩。14Bausch & Lomb Investigator microscope circa 1893 15v显微镜的发明显微镜的发明 v使人类更深刻地揭示了自然界的奥秘，推动了各使人类更深刻地揭示了自然界的奥秘，推动了各学科的发展，反过来由于科学的发展，又促进了学科的发展，反过来由于科学的发展，又促进了显微镜技术的改进，使之日趋完善。显微镜技术的改进，使之日趋完善。v显微镜设计与制造显微镜设计与制造v现代多为光、机、电的三结合体。现代多为光、机、电的三结合体。16现代显微镜现代显微镜17v1932年，荷兰籍德国人年，荷兰籍德国人F. Zer
8、nike成功设计了相差显成功设计了相差显微镜（微镜（phase contrast microscope)，并因此获，并因此获1953年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。现代光学显微镜的发展历程18v1932年，德国人年，德国人M.Knoll和和E.A.F.Ruska发明电镜，发明电镜，1940年，美、德制造出分辨力为年，美、德制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。的商品电镜。TEM19v1981年，瑞士人年，瑞士人G.Binnig和和H.RoherI在在IBM苏黎世实验中苏黎世实验中心（心（Zurich Research Center）发明了扫描隧道显微镜而）发明了扫描隧道显微镜而与电镜发明者与电镜
9、发明者Ruska同获同获1986年度的诺贝尔物理学奖。年度的诺贝尔物理学奖。Cs atoms (red) on the GaAs surface (blue).2021v显微镜的作用显微镜的作用v是一种处理波的工具，是处理可见光及近可见光波段的波，是一种处理波的工具，是处理可见光及近可见光波段的波，使之成束地照射在被检物体上。使之成束地照射在被检物体上。v其成象落在人眼的视网膜、感光片或其它记录系统其成象落在人眼的视网膜、感光片或其它记录系统( (如电视如电视显示或电影显示或电影) )上，突破了人类生理的限制。上，突破了人类生理的限制。v把视觉伸展到人眼不能分辨的微观世界中去。用来观察、记把视
10、觉伸展到人眼不能分辨的微观世界中去。用来观察、记录和研究经过制片技术处理后的被检物体的细微结构。录和研究经过制片技术处理后的被检物体的细微结构。v对微观世界的探索及理论上的研究起着极其重要的作用。对微观世界的探索及理论上的研究起着极其重要的作用。v广泛地应用于各学科的领域中。广泛地应用于各学科的领域中。22v光镜技术在生物学上的应用光镜技术在生物学上的应用vA 观察活细胞的形态结构，生命运动，观察活细胞的形态结构，生命运动，v 细胞周期。细胞周期。vB 细胞器的定位及功能研究。细胞器的定位及功能研究。vC 基因产物与大分子物质的定位及定量。基因产物与大分子物质的定位及定量。vD 监测细胞代谢活
11、动。监测细胞代谢活动。23v细胞的钙信号引起钙依赖水母发光蛋白发光细胞的钙信号引起钙依赖水母发光蛋白发光24v 罗丹明罗丹明123染色后显示的细胞线粒体的定位染色后显示的细胞线粒体的定位2526v光具有的物理性质光具有的物理性质v折射和折射率折射和折射率v光线在均匀的各向同性介质中，二点之间应以直线传播，当通过不光线在均匀的各向同性介质中，二点之间应以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则会发生折射现象，这是由于光在不同同密度介质的透明物体时，则会发生折射现象，这是由于光在不同介质中的传播速度不同所造成的。介质中的传播速度不同所造成的。 v不同介质的折射率不同介质的折射率v空气空气 1.
12、01.0v 水水 1.331.33v甘油甘油 1.4051.405v光线经过不同介质发生折射，造成像的放大缩小光线经过不同介质发生折射，造成像的放大缩小27v人眼的重要性人眼的重要性v人眼具有敏捷的性能，视觉传入大脑的信息约占各种人眼具有敏捷的性能，视觉传入大脑的信息约占各种信息的信息的8080，其高度的准确性、灵敏度、分辨力和适，其高度的准确性、灵敏度、分辨力和适应性等方面，至今在理论上尚未完全解释清楚。应性等方面，至今在理论上尚未完全解释清楚。v人眼的局限性人眼的局限性 v不能看清很远或太小的物体。不能看清很远或太小的物体。v对所观察到的物体的形状、大小和远近，不能作出精对所观察到的物体的
13、形状、大小和远近，不能作出精确的定量比较和计量。确的定量比较和计量。v对发生在瞬间的现象或事物不能留下长久的记录。对发生在瞬间的现象或事物不能留下长久的记录。v只能感受光谱中很窄的可见光（波长约为只能感受光谱中很窄的可见光（波长约为400-700400-700毫微毫微米）范围内的电磁波。米）范围内的电磁波。2829v光学显微镜的组成光学显微镜的组成v均由单个和多个透镜组成，即由物镜、目镜及聚光镜等部件。均由单个和多个透镜组成，即由物镜、目镜及聚光镜等部件。v透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学原件。透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学原件。v透镜依其外形的不同可分为两大类透镜依其外形的不同
14、可分为两大类v1 1、凸透镜（又称会聚透镜、正透镜）、凸透镜（又称会聚透镜、正透镜）v2 2、凹透镜（又称散发透镜、负透镜）、凹透镜（又称散发透镜、负透镜）3031v透镜成象透镜成象v凸透镜凸透镜在物方所成的象是光线真正的交点，称为在物方所成的象是光线真正的交点，称为“实象实象”。v实象实象在屏幕上能显现出来，而虚象则不能，但当我们用眼睛在屏幕上能显现出来，而虚象则不能，但当我们用眼睛对着透镜观察时，则完全能看到它。对着透镜观察时，则完全能看到它。v凹透镜所形成的象是与物体处在同一方，称为凹透镜所形成的象是与物体处在同一方，称为“虚象虚象”。v虚象虚象当一束平行于光轴的光线通过凹透镜后，形成散
15、射光，当一束平行于光轴的光线通过凹透镜后，形成散射光，在象方空间不能相交于一点，只有它们的延长线才能在物方空间在象方空间不能相交于一点，只有它们的延长线才能在物方空间相交于一点，这个点称相交于一点，这个点称“虚焦点虚焦点”，这个平面称，这个平面称“虚焦点平面虚焦点平面”。FOFFOF32v显微镜的成象原理显微镜的成象原理v当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在象方二倍焦距以外形成放大的倒立实象；在象方二倍焦距以外形成放大的倒立实象；v当物体位于透镜物方焦点以内时，则像方也无象的形当物体位于透镜物方焦点以内时，则像方也无象的形成，而在透镜物
16、方的同侧比物体远的位置形成放大的成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚象。直立虚象。l放大倍数物镜倍数放大倍数物镜倍数* *目镜倍数目镜倍数333435v照明系统照明系统 包括光源、聚光器包括光源、聚光器v光学放大系统光学放大系统 由物镜和目镜组成由物镜和目镜组成v机械装置机械装置 用于固定材料和观察方便用于固定材料和观察方便36v照明系统照明系统 包括光源、聚光器包括光源、聚光器37物镜物镜: : 是决定显微镜的质量、是决定显微镜的质量、分辨力和放大倍数的最关键部分辨力和放大倍数的最关键部件件; ; 在物镜筒壁上常注有主要性能在物镜筒壁上常注有主要性能指标指标放大倍数、镜口率等
17、放大倍数、镜口率等; ;目镜目镜: : 是由上面的接目透镜和是由上面的接目透镜和下面的会聚透镜二部分组成的下面的会聚透镜二部分组成的, ,两者之间装有一个光阑两者之间装有一个光阑; ; 光学光学放大放大系统系统 : :38镜座镜座 是显微镜的基座是显微镜的基座, ,用以支持整个显微镜用以支持整个显微镜, ,其内常装有照明光源和反射镜其内常装有照明光源和反射镜; ; 镜臂镜臂 是显微镜的主要支架是显微镜的主要支架, ,用以支持镜筒、载物台、聚光器和调焦装置等用以支持镜筒、载物台、聚光器和调焦装置等; ; 载物台载物台 又称镜台又称镜台, ,中央有一个通光孔中央有一个通光孔, ,确保光线与台面垂直
18、通过。确保光线与台面垂直通过。 镜筒镜筒 位于镜臂的上部位于镜臂的上部, ,其上端放置目镜其上端放置目镜, ,下端连接物镜转换器下端连接物镜转换器; ; 调焦装置调焦装置 包括较大的粗准焦螺旋和较小的细准焦螺旋包括较大的粗准焦螺旋和较小的细准焦螺旋; ; 物镜转换器等物镜转换器等机械装置：用于固定材料和观察方便机械装置：用于固定材料和观察方便, ,包括包括: :39404142显微镜的重要参数v分辨率v放大率和有效放大率v数值孔径v焦深v视场宽度v复盖差v工作距离v图像亮度v视场亮度v合理使用参数合理使用参数v各项参数并不都是越高越各项参数并不都是越高越好，在使用时，应根据镜检好，在使用时，应
19、根据镜检的目的和实际情况来协调各的目的和实际情况来协调各参数之间的关系，以保证分参数之间的关系，以保证分辨率为准。辨率为准。 43v分辨率（分辨率（ResolutionResolution）v又称又称“鉴别率鉴别率”、“解象力解象力”和和“分辨本领分辨本领”. .是指将邻近两点清晰区分辨认的是指将邻近两点清晰区分辨认的能力。能力。v是衡量显微镜性能的又一个重要技术参数。是衡量显微镜性能的又一个重要技术参数。v分辨本领：分辨本领：v德国著名理论光学家德国著名理论光学家AbbeAbbe早在早在100100多年前就给出分辨本领：多年前就给出分辨本领：vR=0.61/nSinR=0.61/nSin，n
20、 n为物体所处媒介的折射率；为物体所处媒介的折射率；为孔径角；为孔径角；为发为发射光波长。射光波长。44衍射的形成v物理光学把光视为一种电磁波，具有波粒二物理光学把光视为一种电磁波，具有波粒二象性，即波动性和粒子性。由于光具有波动象性，即波动性和粒子性。由于光具有波动性质，使得光波相互之间发生干涉作用，产性质，使得光波相互之间发生干涉作用，产生衍射现象。生衍射现象。45狭缝实验狭缝实验v屏幕上的屏幕上的P1点到狭峰上边缘的距离点到狭峰上边缘的距离和它到狭峰下边缘的距离之差为一个和它到狭峰下边缘的距离之差为一个波长。波长。v从狭峰上缘和从狭峰下缘发出的两列从狭峰上缘和从狭峰下缘发出的两列光波在光
21、波在P1点相互影响。点相互影响。v整个狭峰内发出的光波的累计相干效整个狭峰内发出的光波的累计相干效果，是在果，是在P1点两侧造成一个光强的点两侧造成一个光强的低谷，低谷，P1点位于谷底位置。点位于谷底位置。v相反，在相反，在P2点处，从狭缝上缘和下点处，从狭缝上缘和下缘发出的光波的波程差缘发出的光波的波程差1 个波长，个波长，P2成为相干增强区的中心，称为第成为相干增强区的中心，称为第一级衍射极大值。一级衍射极大值。46衍射结果点光源通过透镜产生的埃利斑第一暗环半径点光源通过透镜产生的埃利斑第一暗环半径 式中式中 n为介质折射率，为介质折射率，照明光波长，照明光波长，透镜孔径半角，说明埃利斑半
22、径与透镜孔径半角，说明埃利斑半径与照明光源波长成正比，与透镜数值孔径成反比照明光源波长成正比，与透镜数值孔径成反比 sin61. 00nR 由斑点光源衍射形成的埃利斑（a）及其光强分布图（b）衍射使物体上的一个点在成像的时候不会是一个点，而是一个衍射光斑。如果两个衍射光斑靠得太近，它们将无法被区分开来。47v瑞利判据：瑞利判据：v两埃利斑中心间距等于第一暗环半径R sin61. 00nR 48阿贝成像原理v对于周期性结构的物体，图像的形成用阿贝成对于周期性结构的物体，图像的形成用阿贝成像原理来解释。像原理来解释。v光线通过细小的网孔时要发生衍射，衍射光线光线通过细小的网孔时要发生衍射，衍射光线
23、向各个方向传播，凡是光程差满足向各个方向传播，凡是光程差满足 k=0，1，2，的，互相加强。同一方向的衍射光的，互相加强。同一方向的衍射光则成为平行光束。则成为平行光束。v平行光束通过物镜在后焦面上会聚；形成衍射平行光束通过物镜在后焦面上会聚；形成衍射花样。衍射花样上的某个衍射斑点是由不同物花样。衍射花样上的某个衍射斑点是由不同物点的同级衍射光相干加强形成的；同一物点上点的同级衍射光相干加强形成的；同一物点上的光由于衍射分解，对许多衍射斑点有贡献。的光由于衍射分解，对许多衍射斑点有贡献。v从同一物点发出的各级衍射光，在产生相应的从同一物点发出的各级衍射光，在产生相应的衍射斑点后继续传播，在象平
24、面上又相互干涉，衍射斑点后继续传播，在象平面上又相互干涉，形成物象形成物象k49阿贝成像原理阿贝成像原理v阿贝成像原理可以简单地描述为两阿贝成像原理可以简单地描述为两次干涉作用：平行光束受到有周期次干涉作用：平行光束受到有周期性特征物体的散射作用形成衍射谱，性特征物体的散射作用形成衍射谱，各级衍射波通过干涉重新在像平面各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。上形成反映物的特征的像。50物与象之间的相似性物与象之间的相似性 v物象是由直射光和衍射光互相干涉形成的，不让衍射光通过就不能成象，物象是由直射光和衍射光互相干涉形成的，不让衍射光通过就不能成象，参与成象的衍射斑点愈多，则物象
25、与物体的相似性愈好。参与成象的衍射斑点愈多，则物象与物体的相似性愈好。51v分辨力：指分辨物体最小间隔的能力。分辨力：指分辨物体最小间隔的能力。vR=0.61/NA为入射光线波长；NA为镜口率 sin，n=介质折射率；介质折射率；=镜口角镜口角/2（样品对物镜镜口的张角（样品对物镜镜口的张角/2） v思考：思考：如何提高显微镜的分辨能力？如何提高显微镜的分辨能力？肉眼：肉眼：0.2 mm; 光镜：光镜：0.2 um; 电镜：电镜：0.2 nmsin.nAN.61. 0ANR52表表:几种介质的折射率几种介质的折射率sin.nAN.61. 0ANR53v显微镜的几个光学特点：分辨本领是由物镜的分
26、辨本领是由物镜的NA值与照明光源的波长两值与照明光源的波长两个因素决定，个因素决定，NA值越大，照明光线波长越短，值越大，照明光线波长越短，分辨率就越高。分辨率就越高。 介质折射率越接近镜头玻璃的（介质折射率越接近镜头玻璃的（ 1. 7 ）越好；）越好；sin 的最大值小于的最大值小于1；介质为空气，镜口率一般；介质为空气，镜口率一般为为0.050.95；油镜头用香柏油为介质，镜口；油镜头用香柏油为介质，镜口率可接近率可接近1.5。sin.nAN.61. 0ANR54 v放大率的概念放大率的概念v放大率即为放大倍数放大率即为放大倍数, ,是指被捡物镜经物体放大再经目镜放大后，人眼是指被捡物镜经
27、物体放大再经目镜放大后，人眼所看到的最终图象的大小对原物体大小的比值。所看到的最终图象的大小对原物体大小的比值。v是物镜和目镜放大倍数的乘积。是物镜和目镜放大倍数的乘积。v是指长度的放大，而不是指面积的放大。是指长度的放大，而不是指面积的放大。v物镜和目镜的放大倍数均标刻在其外壳上。物镜和目镜的放大倍数均标刻在其外壳上。v总放大率总放大率(M)(M)物镜放大率物镜放大率(Mob)x(Mob)x目镜放大率目镜放大率(Moc)(Moc) l放大倍数物镜倍数*目镜倍数55 v有效放大率有效放大率v把由显微镜的分辨本领所能分辨开的两点间的距离，放大成相当于把由显微镜的分辨本领所能分辨开的两点间的距离，
28、放大成相当于人眼能分辨的距离。人眼能分辨的距离。v人眼的分辨本领大致为人眼的分辨本领大致为0.1mm,0.1mm,所以分辨本领为所以分辨本领为0.2m0.2m的显微镜，其的显微镜，其有效放大率是有效放大率是 0.10.11000/0.2=5001000/0.2=500倍。倍。v无效放大率无效放大率v当选用的物镜数值孔径不够大，即分辨率不够高时，显微镜不能分当选用的物镜数值孔径不够大，即分辨率不够高时，显微镜不能分清物体的微细结构，此时即使过度地增大放大倍率，得到的也只能清物体的微细结构，此时即使过度地增大放大倍率，得到的也只能是一个轮廓虽大但细节不清的图像，称为无效放大倍率。是一个轮廓虽大但细
29、节不清的图像，称为无效放大倍率。v显微镜观察物体时，把物体的像放大到超过肉眼已能详细辨认细节显微镜观察物体时，把物体的像放大到超过肉眼已能详细辨认细节的程度是没有必要的。的程度是没有必要的。56普通光镜分辨力约为普通光镜分辨力约为0.2m，人眼的分辨力为，人眼的分辨力为0.1mm，因此，因此,光学显微镜的有效放大倍数为光学显微镜的有效放大倍数为0.1mm/200nm=500倍左右倍左右在实际使用时在实际使用时,为了操作上的方便为了操作上的方便,不应使眼睛经不应使眼睛经常处于最高分辨而容易疲劳的状态常处于最高分辨而容易疲劳的状态,用分辨本领用分辨本领大致是大致是0.1mm的肉眼来观察的肉眼来观察
30、0.2-0.3mm的细节的细节就毫不费力就毫不费力,因此因此,常把上面定义的有效放大倍常把上面定义的有效放大倍数再提高数再提高1-2倍，认为光学显微镜的有效放大倍，认为光学显微镜的有效放大倍数约为倍数约为1000-1500倍倍 57 v物镜与目镜的合理使用物镜与目镜的合理使用v观察时应在有效放大率的范围内来选择。观察时应在有效放大率的范围内来选择。v使用使用100X100X的物镜时，应使用的物镜时，应使用6.7X6.7X或或10X10X的目镜较好，如用的目镜较好，如用5X5X目镜目镜则达不到人眼所能分辨的大小；用则达不到人眼所能分辨的大小；用20X20X的目镜则为无效放大。的目镜则为无效放大。
31、v在观察时，一般使用在观察时，一般使用10X10X的目镜为好，愈是高级的研究用显微镜的目镜为好，愈是高级的研究用显微镜常配置二对常配置二对10X10X的目镜，的目镜，10X10X目镜为目镜为“标准目镜标准目镜”。v作高倍镜捡时，首先应考虑更换物镜，而不要盲目更换过高倍率作高倍镜捡时，首先应考虑更换物镜，而不要盲目更换过高倍率的目镜。的目镜。 58 v两组物镜与目镜配合使用比较两组物镜与目镜配合使用比较v20X20X（物镜（物镜0.40NA0.40NA）与）与20X20X（目镜）搭配使用（目镜）搭配使用图象质量欠佳图象质量欠佳v40X40X（物镜（物镜0.65NA0.65NA）与）与10X10X
32、（目镜）搭配使用（目镜）搭配使用图象质量优良图象质量优良v中间镜中间镜v在研究用显微镜中，目镜与物镜之间若有中间镜，则总放大率应再乘以在研究用显微镜中，目镜与物镜之间若有中间镜，则总放大率应再乘以中间镜的放大倍数。中间镜的放大倍数。59v数值孔径（数值孔径（NA）v又称又称“镜口率镜口率”、“开口率开口率”，简写，简写NA或或A。v是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断其性能高低的重要标志。是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断其性能高低的重要标志。v数值的大小分别标刻在物镜和聚光镜的外壳上。数值的大小分别标刻在物镜和聚光镜的外壳上。v数值孔径（数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射
33、率（）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（n）和半孔径角（和半孔径角（）的正弦之乘积。）的正弦之乘积。NA= nsinv物镜的数值孔径（物镜的数值孔径（NANA）v一般在一般在0.85-1.40.85-1.4之间。之间。60v孔径角是物镜光轴上的物点与物镜前透镜的有效直径所形成孔径角是物镜光轴上的物点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通亮就越大，分辨率越的角度。孔径角越大，进入物镜的光通亮就越大，分辨率越高。孔径角与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。高。孔径角与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。v 根据阿贝成像原理，衍射光线反映了物体形貌的细节，因
34、根据阿贝成像原理，衍射光线反映了物体形貌的细节，因此一个物镜要反映物体的细节，必须能够接受尽量多的高阶此一个物镜要反映物体的细节，必须能够接受尽量多的高阶衍射光线。衍射光线。 v物镜接收衍射光线的能力也强烈的依赖于在样品与镜头之间物镜接收衍射光线的能力也强烈的依赖于在样品与镜头之间的介质。因此，数值孔径的概念更加能够有效的描述物镜的的介质。因此，数值孔径的概念更加能够有效的描述物镜的成像能力。成像能力。 61数值孔径N.A（ n .sin ）62 常见物镜的数值孔径如下表：常见物镜的数值孔径如下表： 物镜物镜 数值孔径数值孔径(N.A.) (N.A.) 工作距离工作距离(mm) (mm) 10
35、 10 0.25 5.40 0.25 5.40 40 40 0.65 0.39 0.65 0.39 100 100 1.30 0.11 1.30 0.11 63v焦深焦深焦深为焦点深度的简称，即在使用显微镜时，当焦点对准某一物焦深为焦点深度的简称，即在使用显微镜时，当焦点对准某一物体点时，不仅位于该点平面上的各点都可看清楚，而且在此平面的上体点时，不仅位于该点平面上的各点都可看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内，也能看得清楚，这个清晰部分的厚度就是焦深。下一定厚度内，也能看得清楚，这个清晰部分的厚度就是焦深。v焦深大，可看到被检物体的全层，而焦深小，则只能看到被检物体的焦深大，可看到被检物体的
36、全层，而焦深小，则只能看到被检物体的一薄层。一薄层。v焦深与总放大倍率及物镜的数值孔径值成反比。放大倍率愈高，数值焦深与总放大倍率及物镜的数值孔径值成反比。放大倍率愈高，数值孔径值愈大，焦深则愈小。孔径值愈大，焦深则愈小。64v视场直径视场直径v也称视场宽度或视场范围，是指在显微镜下看到的圆形视场内所也称视场宽度或视场范围，是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范围。能容纳被检物体的实际范围。v视场直径大小是由目镜里的视场光阑所限定。视场直径大小是由目镜里的视场光阑所限定。v视场直径愈大，愈便于观察。视场直径愈大，愈便于观察。v使用广角目镜可以增大视场直径。使用广角目镜可以增大视
37、场直径。v增大物镜的倍率，视场直径减小。增大物镜的倍率，视场直径减小。65v复盖差复盖差v由于盖玻片的厚度不标准，光线从盖玻片进入空气产生折射后的由于盖玻片的厚度不标准，光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变，从而产生了象差，这就是复盖差。复盖差的产光路发生了改变，从而产生了象差，这就是复盖差。复盖差的产生影响了显微镜的成象质量。生影响了显微镜的成象质量。v盖玻片的标准厚度为盖玻片的标准厚度为0.17mm0.17mm，允许范围在，允许范围在0.160.18mm0.160.18mm。v物镜外壳上标刻的物镜外壳上标刻的0.170.17，即表明该物镜所要求盖玻片的厚度。，即表明该物镜所要求盖
38、玻片的厚度。v低倍物镜不受盖玻片影响，使用油镜时盖玻片不能太厚。低倍物镜不受盖玻片影响，使用油镜时盖玻片不能太厚。66v镜象亮度与视场亮度镜象亮度与视场亮度v镜象亮度是显微镜的图像亮度的简称，指在显微镜下所观察到图镜象亮度是显微镜的图像亮度的简称，指在显微镜下所观察到图象的明暗程度。象的明暗程度。v使用时，对镜象亮度的要求，一般是使眼睛既不感到暗淡，又不使用时，对镜象亮度的要求，一般是使眼睛既不感到暗淡，又不耀眼，使眼睛不感到疲劳为好。耀眼，使眼睛不感到疲劳为好。v镜象亮度对于在高倍镜下观察和显微摄影及投影时尤为重要，如镜象亮度对于在高倍镜下观察和显微摄影及投影时尤为重要，如果没有足够的镜象亮
39、度，显微照相要延长曝光时间，显微投影屏果没有足够的镜象亮度，显微照相要延长曝光时间，显微投影屏上的图象也因暗淡，从而影响观察。上的图象也因暗淡，从而影响观察。67明视距离明视距离68v工作距离工作距离v工作距离也叫物距，即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距工作距离也叫物距，即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离，它与焦距是两个概念。离，它与焦距是两个概念。v调焦实际上是调节工作距离。物镜倍数小，其工作距离长；反之，调焦实际上是调节工作距离。物镜倍数小，其工作距离长；反之，孔径大的高倍物镜，其工作距离短。孔径大的高倍物镜，其工作距离短。v研究用显微镜的物镜前透镜处带有弹簧装置，显微镜的机械部
40、分研究用显微镜的物镜前透镜处带有弹簧装置，显微镜的机械部分也加有也加有“限位装置限位装置”。v倒置显微镜其工作距离可达倒置显微镜其工作距离可达14mm14mm，体视显微镜的工作距离可达，体视显微镜的工作距离可达20mm20mm。69高低倍物镜工作距离的比较7071人的视觉：人的视觉：人类从客观世界获得的信息人类从客观世界获得的信息90%来自来自于视觉。于视觉。但人的视觉是有限的。空间分辨能力、但人的视觉是有限的。空间分辨能力、时间分辨能力、光谱响应范围、强度感受能力。时间分辨能力、光谱响应范围、强度感受能力。光学仪器：为了提高人的视觉能力，借助于光学光学仪器：为了提高人的视觉能力，借助于光学仪
41、器：平面镜、球面镜、透镜等组成。仪器：平面镜、球面镜、透镜等组成。72人的眼睛人的眼睛 瞳孔瞳孔73助视仪器的放大本领助视仪器的放大本领 74放大镜（凸透镜）放大镜（凸透镜）放大倍数通常用放大倍数通常用“”表示，如放大表示，如放大3倍，为倍，为“3”。75显微镜的放大本领显微镜的放大本领 最简单的显微镜是由两组透镜构成的：最简单的显微镜是由两组透镜构成的： 物镜（焦距很短），目镜（惠更斯目镜）。物镜（焦距很短），目镜（惠更斯目镜）。显微镜的光路图显微镜的光路图76v物镜物镜v物镜是显微镜最重要的光学部件，物镜最前面的透镜称物镜是显微镜最重要的光学部件，物镜最前面的透镜称“前透前透镜镜”，最后面
42、的透镜称，最后面的透镜称后透镜后透镜”。v物镜复合透镜组的总焦距为物镜的焦距。物镜复合透镜组的总焦距为物镜的焦距。v物镜前透镜与被检物体之间的距离称为工作距离。物镜前透镜与被检物体之间的距离称为工作距离。v在高倍镜检时，为了防止压碎玻片和损伤物镜，除物镜的前端装在高倍镜检时，为了防止压碎玻片和损伤物镜，除物镜的前端装有弹簧装置外，低倍至高倍物镜必须齐焦。有弹簧装置外，低倍至高倍物镜必须齐焦。7778 v干燥系物镜干燥系物镜v即放大率为即放大率为1,2,4,10,20,40,60X1,2,4,10,20,40,60X的物镜。的物镜。v镜检时物镜前透镜与盖玻片之间以空气（镜检时物镜前透镜与盖玻片之
43、间以空气（n n1 1）为介质。）为介质。v油浸系物镜油浸系物镜v即放大率为即放大率为9090、100X100X油镜。油镜。v镜检时物镜前透镜与盖玻片之间以香柏油、无荧光油（镜检时物镜前透镜与盖玻片之间以香柏油、无荧光油（n n1.51.5左右）左右）为介质。为介质。v该类镜物外壳上常标刻有该类镜物外壳上常标刻有“Oil”Oil”、“IL”IL”或或“HI”HI”字样。字样。79v平场物镜平场物镜v平场消色差物镜平场消色差物镜在镜头的外壳上标有在镜头的外壳上标有P1an ACFP1an ACF。v平场复消色差物镜平场复消色差物镜在镜头的外壳上标有在镜头的外壳上标有P1an AFOP1an AF
44、O。v平场半复消色差物镜平场半复消色差物镜外壳上标刻有外壳上标刻有P1an SAOP1an SAO。v超平场复消色差物镜超平场复消色差物镜外壳上标刻有外壳上标刻有SP1an SAOSP1an SAO。v特种物镜特种物镜v带校正环物镜带校正环物镜校正由盖玻片厚度不标准所引起的复盖差。校正由盖玻片厚度不标准所引起的复盖差。v带虹彩光阑物镜带虹彩光阑物镜在物镜镜筒内的上部装有虹彩光阑，增大焦深的作用。在物镜镜筒内的上部装有虹彩光阑，增大焦深的作用。80v相衬物镜相衬物镜v用于相衬镜检术的专用物镜，其特点是在物镜的后焦点平面处装用于相衬镜检术的专用物镜，其特点是在物镜的后焦点平面处装有相板。有相板。v
45、无荧光物镜无荧光物镜v专用于落射式荧光显微镜上的物镜，这种物镜即使受到很强的激专用于落射式荧光显微镜上的物镜，这种物镜即使受到很强的激励光源也不发出荧光。励光源也不发出荧光。“UVUV、FL”FL”字样作为标志。字样作为标志。v长工作距离物镜长工作距离物镜v是倒置显微镜的专用物镜。是倒置显微镜的专用物镜。81目镜目镜v作用：目镜的作用是把物镜放大的实象（中间象）作用：目镜的作用是把物镜放大的实象（中间象）再放大一次，并把物象映入观察者的眼中，实质再放大一次，并把物象映入观察者的眼中，实质上目镜就是一个放大镜。上目镜就是一个放大镜。v构成：由不相接触的两个薄透镜组成。构成：由不相接触的两个薄透镜
46、组成。v设计：设计：v 放大本领；放大本领；v 矫正像差；矫正像差；v 配备分划板（提高测量精度）；配备分划板（提高测量精度）；v 使倒立像变成正立像。使倒立像变成正立像。视镜：接近眼睛者场镜：面向物体的透镜82两种常见目镜两种常见目镜 （1）惠更斯目镜：两个同种玻璃的平凸透镜组成，）惠更斯目镜：两个同种玻璃的平凸透镜组成，凸面都向着物镜。凸面都向着物镜。这是最常应用的一种目镜，这是最常应用的一种目镜，被广泛地用于普通生物显微镜上，不能满足被广泛地用于普通生物显微镜上，不能满足高级研究镜检的要求。高级研究镜检的要求。83（2）冉斯登目镜：）冉斯登目镜： 由两块平凸透镜相隔一定距离组成，两块透镜
47、的凸面相对，这比由两块平凸透镜相隔一定距离组成，两块透镜的凸面相对，这比惠更斯目镜优越，便于观察。惠更斯目镜优越，便于观察。注意：注意： 共同点：共同点： 对被观察的实像都有放大作用。对被观察的实像都有放大作用。 不同点：不同点： 前者只能观察实像，后者还可以观察物；前者只能观察实像，后者还可以观察物； 后者能对物或像进行长度测量，前者则不能。后者能对物或像进行长度测量，前者则不能。 8485v凯尔勒目镜接目镜是由两片透镜胶合而成，是一种消色差的接目镜是由两片透镜胶合而成，是一种消色差的目镜，图象质量进一步得到改善。目镜，图象质量进一步得到改善。v平场目镜增加了一块负透镜，能校正场曲的缺陷，而
48、使视场增加了一块负透镜，能校正场曲的缺陷，而使视场平坦。在目镜的外侧或端面常标刻平坦。在目镜的外侧或端面常标刻“P1an”P1an”或或“P”P”字样，适用字样，适用于观察和显微相照。于观察和显微相照。v广视场目镜由多片透镜构成，在研究用显微镜中多为此种目由多片透镜构成，在研究用显微镜中多为此种目镜。标刻有镜。标刻有“W”W”或或“WF”WF”和和WHKWHK字样。在高档研究用显微镜上，字样。在高档研究用显微镜上，有的还配置超广视场目镜，视场范围更大，更便于观察，目镜外有的还配置超广视场目镜，视场范围更大，更便于观察，目镜外侧标有侧标有“SWK”SWK”字样。字样。特殊目镜特殊目镜86v照相目
49、镜专供显微照相和投影之用，不能用于观察。它专供显微照相和投影之用，不能用于观察。它的特点是视场平坦，可校正物镜的残留色差，放大倍率一般的特点是视场平坦，可校正物镜的残留色差，放大倍率一般在在2.5X6.7X2.5X6.7X之间不等倍率的目镜。之间不等倍率的目镜。v其它目镜有比较目镜、投影目镜、指示目镜、测微目镜有比较目镜、投影目镜、指示目镜、测微目镜及网格目镜等这些目镜是作为显微镜的一种附件，专用于及网格目镜等这些目镜是作为显微镜的一种附件，专用于某项特殊的用途。某项特殊的用途。87光阑光阑 所有所有光学元件的边缘和特加的有一定光学元件的边缘和特加的有一定形状的开孔的屏统称为光阑形状的开孔的屏
50、统称为光阑，它们在光学它们在光学系统中起限制光束的作用。系统中起限制光束的作用。88v在光学系统中，不论是限制成像光束的光孔，或者是限制成在光学系统中，不论是限制成像光束的光孔，或者是限制成像范围的光孔或框，都统称为像范围的光孔或框，都统称为“光阑光阑”。v按其作用的不同，分为孔径光阑和视场光阑两种。按其作用的不同，分为孔径光阑和视场光阑两种。v孔径光阑为限制入射光束大小的孔，其大小和位置对透镜所孔径光阑为限制入射光束大小的孔，其大小和位置对透镜所成像的清晰程度、正确性和亮度都有决定性的作用。如照相成像的清晰程度、正确性和亮度都有决定性的作用。如照相机镜头上的圆形光阑（俗称光圈）。机镜头上的圆
