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光学显微镜 optical microscope

应用光学原理把人眼所不能辨别的渺小物体放大成像，以供人们提取微细构造信息的光学仪器。

简史 早在公元前 1世纪，人们就已发明通过球形透明物体往视察渺小物体时可以使其放大成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。1590年，荷兰和意大利的眼镜制作者已经造出相似显微镜的放大仪器。1610年前后，意大利的伽利略和德国的J.开普勒在研讨看远镜的同时，转变物镜和目镜之间的间隔，得出公道的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纭从事显微镜的制作、推广和改良。17世纪中叶，英国的R.胡克和荷兰的 A.van列文胡克都对显微镜的发展作出了出色的贡献。1665年前后，胡克在显微镜中参加粗动和微动调焦机构、照明体系和承载标本片的工作台。这些部件经过精益求精，成为现代显微镜的基础组成部分。1673～1677年期间，列文胡抑制成单组元放大镜式的高倍显微镜,其中9台保留至今。胡克和列文胡克应用自制的显微镜在动、植物机体微观结构的研讨方面取得了出色的成绩。19世纪，高质量消色差浸液物镜的呈现使显微镜观察微细构造的才能大为进步。1827年G.B.阿米奇第一个采取浸液物镜。19世纪70年代，德国人E.阿贝奠定了显微镜成像的古典理论基本。这些都增进了显微镜制作和显微察看技巧的敏捷发展，并为19世纪后半叶包含R.科赫、L.巴斯德等在内的生物学家和医学家发明细菌和微生物供给了有力的工具。

在显微镜本身结构发展的同时，显微观察技巧也在不断创新：1850年涌现了偏光显微术，1893年呈现了干预显微术，1935年荷兰物理学家F.泽尔尼克发明了相衬显微术，他为此在1953年被授予诺贝尔物理学奖金。

古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼作为接受器来察看放大的像。后来在显微镜中参加了摄影装置，以感光胶片作为可以记载和存储的吸收器。现代又广泛采取光电元件、电视摄象管和电荷耦合器等作为显微镜的接受器，配以微型电子盘算机后构成完全的图象信息采集和处置体系。

工作原理 表面为曲面的玻璃或其他透明资料制成的光学透镜可以使物体放大成像。光学显微镜就是应用这一原理把渺小物体放大到人眼足以察看的尺寸。近代的光学显微镜通常采取两级放大，分辨由物镜和目镜完成。被视察物体AB位于物镜的前方,被物镜作第一级放大后成一倒立的实象A1B1。然后此实像再被目镜作第二级放大，成一虚象A2B2,人眼看到的就是虚像A2B2。

显微镜的总放大倍率为
显微镜总放大倍率＝物镜放大倍率×目镜放大倍率

放大倍率是指直线尺寸的放大比而不是面积比。在用人眼直接观察的显微镜中,可以在实像面A1B1处放置一块薄型平板玻璃片，其上刻有某种图案的线条，例如十字线。当实像A1B1和这些刻线叠合在一起时,利用这些刻线就能对物体进行瞄准定位或尺寸丈量。这种放置在实像面处的薄型平板玻璃片通称分划板。在新型的以光电元件作为吸收器的光学显微镜中，电视摄象管的靶面或其他光电元件的吸收面就设置在实像面上。

组成 光学显微镜由载物台、聚光照明系统、物镜、目镜和调焦机构组成。

载物台 用于承放被观察的物体。利用调焦旋钮可以驱动调焦机构使载物台作粗协调微调的升降活动，使被观察物体调焦清楚成象。它的上层可以在程度面内沿、方向作精密移动和在程度面内转动，把被观察的部位调放到视场中心。

聚光照明体系 由灯源和聚光镜构成。当被观察物体本身不发光时，由外界光源赐与照明。照明灯的光谱特征必需与显微镜的接受器的工作波段相适应。聚光镜的功效是使更多的光能集中到被视察的部位。

物镜 位于被观察物体邻近实现第一级放大的镜头。在物镜转换器上同时装着几个不同放大倍率的物镜。转动转换器可让不同倍率的物镜进进工作光路。物镜放大倍率通常为5～100倍。物方视场直径（即通过显微镜能看到的图像范畴）约为 11-20毫米。物镜放大倍率越高则视场越小。 物镜是显微镜中对成象质量优劣起决议性作用的光学元件。常用的有：①能对两种色彩的光线校订色差的消色差物镜；②质量更高的能对三种色光校订色差的复消色差物镜；③能保证物镜的全部像面为平面以进步视场边沿成像质量的平像场物镜。为了进步显微观察的分辨率，在高倍物镜中采用浸液物镜，即在物镜的下表面和标本片的上表面之间填充折射率为1.5左右的液体。

目镜 位于人眼邻近实现第二级放大的镜头。目镜放大倍率通常为5～20倍，按能否放置分划板,可分成两类：①不宜放置分划板的，如惠更斯型目镜。这是现代显微镜中常用的型式，长处是结构简略、价钱低廉；毛病是由于成像质量的原因，不宜放置供瞄准定位或尺寸丈量用的分划板。②能放置分划板的，如凯尔纳型和对称型目镜，它们能战胜上述目镜的缺陷。依照能看到的视场大小，目镜又分为视场较小的普通目镜和视场较大的大视场目镜（或称广角目镜）两类。

调焦机构 载物台和物镜两者必需能沿物镜光轴方向作相对活动以实现调焦，获得清晰的图像。用高倍物镜工作时，允许的调焦范畴往往小于微米，所以显微镜必需具备极为精密的微动调焦机构。

显微镜放大倍率的极限 显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率。仪器的分辩率是指仪器提供被测对像微细结构信息的才能。辨别率越高则供给的信息越过细。显微镜的分辨率是指能被显微镜清楚区分的两个物点的Zui小间距。依据衍射理论，显微物镜的分辨率为
sigma=0.61lamda/N.sinU ~1式中lamda为所用光波的波长；N 为物体所在空间的折射率，物体在空气中时N=1；U为孔径角，即从物点发出能进进物镜成像的光线锥的锥顶角的半角;NsinU 称为数值孔径。 当波长λ必定时， 分辨率取决于数值孔径的大小。数值孔径越大则能分辨的结构越细，即分辨率越高。数值孔径是显微物镜的一个主要性能指标，通常与放大倍率一起标注在物镜镜筒外壳上，例如40×0.65表现物镜的放大倍率为40倍，数值孔径为0.65。
分辩率和放大倍率是两个不同的但又互有接洽的概念。当选用的物镜数值孔径不够大，即辨别率不够高时，显微镜不能分清物体的微细构造，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。这种过度的放大倍率称为无效放大倍率。反之假如分辨率已满足请求而放大倍率不足，则显微镜虽已具备分辨的潜在能力，但因图像太小而仍然不能被人眼清楚视见。为了充足施展显微镜的分辩才能，应使数值孔径与显微镜总放大倍率公道匹配，以满足下列条件：
500NsinU＜显微镜总放大倍率＜1000NsinU ~2
在此范畴内的放大倍率称为有效放大倍率。由于sinU永远小于1，物方空间折射率NZui高约为1.5，NsinU不可能大于1.5，故光学显微镜的分辨率受(1)式限制，具有必定的极限。有效放大倍率受上式限制,一般不超过1500倍。显微镜应用者应由所需分辨的Zui小尺寸按(1)式断定所需的数值孔径，选定物镜,然后按(2)式选定总放大倍率和目镜放大倍率。
提高分辨率的道路是：采用较短波长的光波或增大孔径角U值，或是提高物体所在空间的折射率N，例如在物体所在空间填充折射率为 1.5的液体。以这种方法工作的物镜称为浸液物镜。而电子显微镜正是利用波长极短的特征，在提高分辨率方面取得重大突破的。

聚光照明系统对显微观察的影响 聚光照明系统是对显微镜成像性能有较大影响但又易于被应用者疏忽的环节。它的功效是供给亮度足够且均匀的物面照明。聚光镜发来的光束应能保证充斥物镜孔径角，否则就不能充足利用物镜所能到达的Zui高分辨率。为此目标，在聚光镜中设有相似照相物镜中的可以调节开孔大小的可变孔径光阑，用来调节照明光束孔径，以与物镜孔径角匹配。观察高反差物体时，宜使照明光束布满物镜的全孔径；对于低反差物体,宜使照明光束充斥物镜的2/3孔径。在较完美的柯勒照明系统中，除可变孔径光阑外，还装有把持被照明视场大小的可变视场光阑，以保证被照明的物面规模与物镜所需的视场匹配。物面被照明的规模太小固然不行，过大则不仅过剩，甚至有害，显微镜报价CCD报价，由于有效视场以外的过剩的光线会在光学零件表面和镜筒内壁多次反射，Zui后作为杂散光达到像面，使图像的反差降落。
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