一、顯微鏡基礎(chǔ)知識(shí) 第1章： 顯微鏡史

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們?cè)絹碓叫枰^察微觀世界，顯微鏡正是這樣的設(shè)備，它突破了人類的視覺極限，使之延伸到肉眼無法看清的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

顯微鏡是從十五世紀(jì)開始發(fā)展起來。從簡(jiǎn)單的放大鏡的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來的單透鏡顯微鏡，到結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)式顯微鏡，以及相差，熒光，偏光，顯微觀察方式的出現(xiàn)，使之更廣范地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，生物學(xué)，金屬材料，化工等領(lǐng)域。

第2章 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(diǎn)之間以直線傳播，當(dāng)通過不同密度介質(zhì)的透明物體時(shí)， 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(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)的基本的光學(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。

當(dāng)一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)稱"焦點(diǎn)"，通過交點(diǎn)并垂直光軸的平面，稱"焦平面"。焦點(diǎn)有兩個(gè)，在物方空間的焦點(diǎn)，稱"物方焦點(diǎn)"，該處的焦平面， 稱"物方焦平面"；反之，在象方空間的焦點(diǎn)，稱"象方焦點(diǎn)"，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(shí)像。實(shí)像可在屏幕上顯現(xiàn)出來， 而虛像不能。

三． 影響成像的關(guān)鍵因素­相差

由于客觀條件，任何光學(xué)系統(tǒng)都不能生成理論上理想的象，各種象差的存在影響了成像質(zhì)量。下面分別簡(jiǎn)要介紹各種相差。

1. 色差（Chromatic aberration）

色差是透鏡成像的一個(gè)嚴(yán)重缺陷，發(fā)生在多色光為光源的情況下，單色光不產(chǎn)生色差。白光由紅 橙 黃 綠 青 藍(lán) 紫 七種組成，各種光的波長(zhǎng)不同 ，所以在通過透鏡時(shí)的折射率也不同，這樣物方一個(gè)點(diǎn)，在象方則可能形成一個(gè)色斑。

色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置觀察，都帶有色斑或暈環(huán)，使像模糊不清。而放大率色差使像帶有彩色邊緣

2. 球差(Spherical aberration)

球差是軸上點(diǎn)的單色相差，是由于透鏡的球形表面造成的。球差造成的結(jié)果是，一個(gè)點(diǎn)成像后，不在是個(gè)亮點(diǎn)，而是一個(gè)中間亮 邊緣逐漸模糊的亮斑。從而影響成像質(zhì)量。

球差的矯正常利用透鏡組合來消除，由于凸、凹透鏡的球差是相反的，可選配不同材料的凸凹透鏡膠合起來給予消除。舊型號(hào)顯微鏡，物鏡的球差沒有*矯正，應(yīng)與相應(yīng)的補(bǔ)償目鏡配合，才能達(dá)到糾正效果。一般新型顯微鏡的球差*由物鏡消除。

3. 慧差(Coma)

慧差屬軸外點(diǎn)的單色相差。軸外物點(diǎn)以大孔徑光束成象時(shí)，發(fā)出的光束通過透鏡后，不再相交一點(diǎn)，則一光點(diǎn)的象便會(huì)得到一逗點(diǎn)壯，型如慧星，故稱"慧差"。

4. 象散（Astigmatism）

象散也是影響清晰度的軸外點(diǎn)單色相差。當(dāng)視場(chǎng)很大時(shí)，邊緣上的物點(diǎn)離光軸遠(yuǎn)，光束傾斜大，經(jīng)透鏡后則引起象散。象散使原來的物點(diǎn)在成象后變成兩個(gè)分離并且相互垂直的短線， 在理想象平面上綜合后，形成一個(gè)橢圓形的斑點(diǎn)。象散是通過復(fù)雜的透鏡組合來消除。

5. 場(chǎng)曲（Curvature of field）

場(chǎng)曲又稱"象場(chǎng)彎曲"。當(dāng)透鏡存在場(chǎng)曲時(shí)，整個(gè)光束的交點(diǎn)不與理想象點(diǎn)重合，雖然在每個(gè)特定點(diǎn)都能得到清晰的象點(diǎn)，但整個(gè)象平面則是一個(gè)曲面。這樣在鏡檢時(shí)不能同時(shí)看清整個(gè)相面，給觀察和照相造成困難。因此研究用顯微鏡的物鏡一般都是平場(chǎng)物鏡，這種物鏡已經(jīng)矯正了場(chǎng)曲；。

6. 畸變（Distortion）

前面所說各種相差除場(chǎng)曲外，都影響象的清晰度。畸變是另一種性質(zhì)的相差，光束的同心性不受到破壞。因此，不影響象的清晰度，但使象與原物體比，在形狀上造成失真。

四． 顯微鏡的成象（幾何成象）原理

顯微鏡之所以能將被檢物體進(jìn)行放大，是通過透鏡來實(shí)現(xiàn)的。單透鏡成象具有象差，嚴(yán)重影響成象質(zhì)量。因此顯微鏡的主要光學(xué)部件都由透鏡組合而成。從透鏡的性能可知，只有凸透鏡才能起放大作用，而凹透鏡不行。顯微鏡的物鏡與目鏡雖都由透鏡組合而成，但相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡。為便于了解顯微鏡的放大原理，簡(jiǎn)要說明一下凸透鏡的5 種成象規(guī)律：

• 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內(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內(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)以內(nèi)時(shí)，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。

顯微鏡的成象原理就是利用上述（3）和（5）的規(guī)律把物體放大的。當(dāng)物體處在物鏡前F­2F

（F 為物方焦距）之間，則在物鏡象方的二倍焦距以外形成放大的倒立實(shí)象。在顯微鏡的設(shè)計(jì)上，將此象落在目鏡的一倍焦距F1 之內(nèi)，使物鏡所放大的次象（中間象），又被目鏡再一次放大，終在目鏡的物方（中間象的同側(cè)）、人眼的明視距離（250mm）處形成放大的直立（相對(duì)中間象而言）虛象。因此，當(dāng)我們?cè)阽R檢時(shí)，通過目鏡（不另加轉(zhuǎn)換棱鏡）看到的象于原物體的象，方向相反。

五．顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有三種光學(xué)系統(tǒng)。

1 長(zhǎng)筒光學(xué)系統(tǒng)

2 萬能無限遠(yuǎn)校正光學(xué)系統(tǒng)：是目前的光路設(shè)計(jì)，它分體現(xiàn)了無限遠(yuǎn)校正方式的*性。光線通過物鏡后成為平行光束通過鏡筒，并在結(jié)象透鏡處折射或完成無相差的中間象。物鏡與觀察筒內(nèi)結(jié)象透鏡之間可添加光學(xué)附件，而不影響總放大倍數(shù)。另外這種光學(xué)系統(tǒng)不需要安裝附加校正透鏡，都能得到較好的顯微圖象。