高级光学显微镜原理.pdf

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1、高级光学显微镜原理吴旭2010-10-14•显微镜发展历史•显微镜的基本光学原理•显微镜的重要光学技术参数•显微镜的光学附件•常用显微镜技术•光学显微镜技术的发展一.历史•1590据说荷兰詹森父子制造出第一台原始的，20×的显微镜；•1610意大利伽利略制造了复式显微镜；•1611开普勒阐明了显微镜的基本原理；•1665英国物理学家罗伯特.胡克，140×；•不久，荷兰安东尼.范.列文虎克，270×；•1684荷兰惠更斯目镜；•1870德国物理学家，光学大师恩斯特.阿贝提出了显微镜的完善理论；胡克的显微镜

2、和他看到的细胞•1902德国艾夫斯现代双目显微镜的基本系统；•1941Zeiss相差显微镜；•20世纪60年代中期Nomarski微分干涉相差显微镜；•近年来：共聚焦显微镜（LSCM），全反射显微镜（TIRF）,受激发射损耗（STED）显微镜等。实验中心现有的显微镜正、倒置显微镜细胞遗传工作站用于:对荧光标记的生物样品（染色体）进行观察和分析激光共聚焦扫描显微镜激光显微切割系统活细胞影像系统二.显微镜的基本光学原理•折射和折射率折射率n=c/v•透镜的性能形状：双凸或双凹透镜凹凸或凸凹透镜平凸或平凹透镜

3、复杂程度：单透镜、复透镜、透镜组•影响成像的关键因素-相差色差（Chromaticaberration）球差(Sphericalaberration)慧差(Coma)象散（Astigmatism）场曲（Curvatureoffield）畸变（Distortion）采用设计合理的镜头、选择各片透镜的几何尺寸和折射率•显微镜的成像（几何成像）原理凸透镜的5种成象规律：（1）当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在象方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实象；（2）当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在象方二倍焦

4、距上形成同样大小的倒立实象；（3）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；（4）当物体位于透镜物方焦点上时，则象方不能成象；（5）当物体位于透镜物方焦点以内时，则象方也无象的形成，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。物体处在物镜前F-2F（F为物方焦距）之间，则在物镜象方的二倍焦距以外形成放大的倒立实象。在显微镜的设计上，将此象落在目镜的一倍焦距F1之内，使物镜所放大的第一次象（中间象），又被目镜再一次放大，最终在目镜的物方（中间象的同侧）、人

5、眼的明视距离（250mm）处形成放大的直立（相对中间象而言）虚象•万能无限远（UIS)校正光学系统•光线通过物镜后成为平行光束通过镜筒，并在结象透镜处折射或完成无相差的中间象。•物镜与观察筒内结象透镜之间可添加光学附件，而不影响总放大倍数•不需要安装附加校正透镜三.显微镜的重要光学技术参数•数值孔径•分辨率•放大倍数•焦深•视场直径（Fieldofview）•覆盖差•工作距离四.显微镜的光学附件•物镜•合轴、齐焦•目镜•聚光镜•照明装置•光轴•物镜1．消色差物镜（Achromaticobjective）

6、:这是常见的物镜，外壳上常有"Ach"字样。这类物镜仅能校正轴上点的位置色差（红，蓝二色）和球差（黄绿光）以及消除近轴点慧差。不能校正其它色光的色差和球差，且场曲很大。2．复消色差物镜（Apochromaticobjective）:复消色差物镜的结构复杂，透镜采用了特种玻璃或萤石等材料制作而成，物镜的外壳上标有"Apo"字样，这种物镜不仅能校正红绿蓝三色光的色差，同时能校正红，蓝二色光的球差。由于对各种相差的校正极为完善，比响应倍率的消色差物镜有更大的数值孔径，这样不仅分辨率高，象质量优而且也有更高的有

7、效放大率。因此，复消色差物镜的性能很高，适用于高级研究镜检和显微照相.3．半复消色差物镜（Semiapochromaticobjedtive）:半复消色差物镜又称氟石物镜，物镜，物镜的外壳上标有"FL"字样，在结构上透镜的数目比消色差物镜多，比负消色差物镜少，成象质量上，远较消色差物镜为好，接近于复消色差物镜。平场物镜是在物镜的透镜系统中增加一快半月形的厚透镜，以达到校正场曲的缺陷。平场物镜的视场平坦，更适用于镜检和显微照象。4．特种物镜：所谓"特种物镜"是在上述物镜的基础上，专门为达到某些特定的观察效

8、果而设计制造的。主要有以下几种：（1）带校正环物镜（Correctioncollarobjective）:在物镜的中部装有环装的调节环，当转动调节环时，可调节物镜内透镜组之间的距离，从而校正由盖玻片厚度不标准引起的覆盖差。调节环上的刻度可从0.11--.023,在物镜的外壳上也标科有此数字，表明可校正盖玻片从0.11-0.23mm厚度之间的误差。（2）带虹彩光阑的物镜（Irisdiaphragmobjective）:在物镜镜筒内的上部装有虹