高级光学显微镜原理.PDF

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； • 1941 Zeiss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 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（Chromatic aberration ） 球差(Spherical aberration) 慧差(Coma) 象散（Astigmatism ） 场曲（Curvature of field ） 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（Field of view） • 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