显微镜基础知识要点.pdf

显微镜基础知识 第一章： 显微镜简史 随着科学技术的进步，人们越来越需要观察微观世界，显微镜正是这样的设备，它突 破了人类的视觉极限，使之延伸到肉眼无法看清的细微结构。 显微镜是从十五世纪开始发展起来。 从简单的放大镜的基础上设计出来的单透镜显微 镜，到 1847 年德国蔡司研制的结构复杂的复式显微镜，以及相差，荧光，偏光，显微观察方 式的出现，使之更广范地应用于金属材料，生物学，化工等领域。 第二章 显微镜的基本光学原理 一 ． 折射和折射率 光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物 体时，则发生折射现像，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂 直的光线由空气射入透明物体 ( 如玻璃 ) 时，光线在其介面改变了方向，并和法线构成折射角。 二． 透镜的性能 透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件，物镜、目镜及聚光镜等部件均由单 个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜 ( 正透镜 ) 和凹透镜 ( 负透镜 ) 两大类。 当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称“焦点”，通过交点并 垂直光轴的平面，称“焦平面”。焦点有两个，在物方空间的焦点，称“物方焦点”，该处 的焦平面，称“物方焦平面”；反之，在像方空间的焦点，称“像方焦点”，该处的焦平面， 称“像方焦平面”。 光线通过凹透镜后， 成正立虚像， 而凸透镜则成正立实像。 实像可在屏幕上显现出来， 而虚像不能。 三． 影响成像的关键因素—像差 由于客观条件，任何光学系统都不能生成理论上理想的像，各种像差的存在影响了成 像质量。下面分别简要介绍各种像差。 1 ． 色差 （Chromatic aberration ） 色差是透镜成像的一个严重缺陷，发生在多色光为光源的情况下，单色光不产生色 差。白光由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 七种组成，各种光的波长不同 ，所以在通过透镜时的折 射率也不同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑。光学系统最主要的功能就是消 色差。 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观察都带有色斑或晕 环，使像模糊不清。而放大率色差使像带有彩色边缘。 2 ． 球差 (Spherical aberration) 球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。球差造成的结果是，一 个点成像后，不在是个亮点，而是一个中间亮边缘逐渐模糊的亮斑，从而影响成像质量。 球差的矫正常利用透镜组合来消除，由于凸、凹透镜的球差是相反的，可选配不同 材料的凸凹透镜胶合起来给予消除。旧型号显微镜，物镜的球差没有完全矫正，应与相应的 补偿目镜配合，才能达到纠正效果。一般新型显微镜的球差完全由物镜消除。 3 ． 慧差 (Coma) 慧差属轴外点的单色像差。 轴外物点以大孔径光束成像时， 发出的光束通过透镜后， 不再相交一点，则一光点的像便会得到一逗点状，型如慧星，故称“慧差”。 4 ． 像散 （Astigmatism ） 像散也是影响清晰度的轴外点单色像差。当视场很大时，边缘上的物点离光轴远， 光束倾斜大，经透镜后则引起像散。像散使原来的物点在成像后变成两个分离并且相互垂直 的短线，在理想像平面上综合后，形成一个椭圆形的斑点。像散是通过复杂的透镜组合来消 除。 5 ． 场曲 （Curvature of field ） 场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合， 虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。这样在镜检时不能同 时看清整个像面，给观察和照相造成困难。因此研究用显微镜的物镜一般都是平场物镜，这 种物镜已经矫正了场曲。 6 ． 畸变 （Distortion ） 前面所说各种像差除场曲外，都影响像的清晰度。畸变是另一种性质的像