普通光學(xué)顯微鏡的光路

        1、普通光學(xué)顯微鏡是一種精密光學(xué)儀器。過(guò)去，簡(jiǎn)單的顯微鏡僅由幾個(gè)鏡頭組成，而現(xiàn)在的顯微鏡由一組鏡頭組成。普通光學(xué)顯微鏡通?？梢詫⑽矬w放大1500-2000倍。 (1)顯微鏡的結(jié)構(gòu)普通光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)可分為兩部分：一是機(jī)械裝置，二是光學(xué)系統(tǒng)。只有這兩部分配合得好，才能發(fā)揮顯微鏡的作用。一、顯微鏡的機(jī)械裝置 顯微鏡的機(jī)械裝置包括鏡架、鏡筒、物鏡轉(zhuǎn)換器、載物臺(tái)、推桿、粗動(dòng)螺桿、微動(dòng)螺桿等部件。支架，它由底座和鏡臂兩部分組成。載物臺(tái)和鏡筒與其相連，這是安裝光學(xué)放大系統(tǒng)組件的基礎(chǔ)。
         (2)目鏡接在鏡筒的鏡筒上，轉(zhuǎn)換器接在底部，在目鏡和物鏡（安裝在轉(zhuǎn)換器下方）之間形成暗室。物鏡后緣到鏡筒末端的距離稱為機(jī)械鏡筒長(zhǎng)度。因?yàn)槲镧R的放大倍數(shù)是針對(duì)一定長(zhǎng)度的鏡筒。鏡筒長(zhǎng)度的變化不僅會(huì)改變放大倍數(shù)，還會(huì)影響成像質(zhì)量。因此，在使用顯微鏡時(shí)，不能隨意改變鏡筒的長(zhǎng)度。國(guó)際上，顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)鏡筒長(zhǎng)度定為160mm，這個(gè)數(shù)字標(biāo)在物鏡的外殼上。
         (3)物鏡轉(zhuǎn)換器 物鏡轉(zhuǎn)換器可配備3～4個(gè)物鏡，通常為三個(gè)物鏡（低倍、高倍、油鏡）。尼康顯微鏡配備了四個(gè)物鏡。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器，可以根據(jù)需要將任意一個(gè)物鏡連接到鏡筒上，鏡筒上的目鏡構(gòu)成放大系統(tǒng)。
         (4)舞臺(tái)中央有一個(gè)洞，是光路。載物臺(tái)上裝有彈簧試樣夾和推桿，其作用是固定或移動(dòng)試樣的位置，使顯微物體正好處于視野的中心。
         (5) 推動(dòng)器是移動(dòng)試樣的機(jī)械裝置。它由金屬框架制成，帶有兩個(gè)推進(jìn)齒輪，一個(gè)水平一個(gè)垂直。一臺(tái)好的顯微鏡在橫桿上刻有刻度，以形成一個(gè)非常精確的平面。坐標(biāo)系。如果要反復(fù)觀察被檢試樣的某一部位，在第一次檢查時(shí)，可以記錄縱橫尺的數(shù)值，然后根據(jù)數(shù)值移動(dòng)推桿，找到原試樣的位置。
         (6)粗螺旋是通過(guò)移動(dòng)鏡筒來(lái)調(diào)整物鏡與標(biāo)本距離的機(jī)構(gòu)，舊顯微鏡是粗螺旋向前扭曲后，鏡頭下降靠近樣品。在新生產(chǎn)的顯微鏡上執(zhí)行顯微鏡檢查時(shí)，用右手向前轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)以升高載物臺(tái)，使樣品接近物鏡，反之亦然。
         (7)微動(dòng)螺桿只能用粗動(dòng)螺桿粗調(diào)焦距。要獲得清晰的圖像，您需要使用微動(dòng)螺絲進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整。微動(dòng)螺桿每轉(zhuǎn)一圈，鏡筒移動(dòng) 0.1 毫米（100 微米）。新生產(chǎn)的gao端顯微鏡的粗細(xì)螺旋是同軸的。 2、顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)由反射鏡、聚光鏡、物鏡、目鏡等組成，光學(xué)系統(tǒng)將物體放大，形成物體的放大圖像。參見(jiàn)圖 1-2。
         (1) 反射鏡早期的普通光學(xué)顯微鏡是利用自然光來(lái)檢查物體，鏡架上裝有一面鏡子。反射鏡由一個(gè)平面和另一面凹面鏡組成，可以將投射在其上的光線反射到聚光透鏡的中心，從而照亮試樣。當(dāng)不使用聚光鏡時(shí)，使用凹面鏡。凹面鏡可以會(huì)聚光線。使用聚光鏡時(shí)，一般使用平面鏡。新生產(chǎn)的劣質(zhì)顯微鏡鏡架配有光源和電流調(diào)節(jié)螺釘，可通過(guò)調(diào)節(jié)電流來(lái)調(diào)節(jié)光強(qiáng)。
         (2) 冷凝器 冷凝器在臺(tái)下。它由聚光透鏡、虹彩光圈和升降螺絲組成。聚光器可分為明場(chǎng)聚光器和暗場(chǎng)聚光器。常見(jiàn)的光學(xué)顯微鏡都配備了明場(chǎng)聚光器。明場(chǎng)聚光器包括阿貝聚光器、啟明聚光器和落砂聚光器。當(dāng)物鏡數(shù)值孔徑高于 0.6 時(shí)，阿貝聚光鏡會(huì)出現(xiàn)色差和球差。啟明聚光鏡對(duì)色差、球差和彗差都有高度的校正。是明場(chǎng)顯微鏡用的優(yōu)質(zhì)聚光鏡，但不適用于4倍以下的物鏡。搖出聚光鏡可以將聚光鏡的上透鏡搖出光路，滿足低倍物鏡（4×）大視場(chǎng)照明的需要。
        聚光鏡安裝在載物臺(tái)下方，其作用是將光源反射的光線通過(guò)反光鏡聚焦在樣品上，獲得強(qiáng)烈的照明，使物體圖像明亮清晰。聚光鏡高度可調(diào)，使焦點(diǎn)落在被檢物體上，獲得高亮度。一般聚光鏡的焦點(diǎn)在其上方1.25mm處，其上升極限在舞臺(tái)平面下方0.1mm處。因此，要求使用的載玻片厚度應(yīng)在0.8-1.2mm之間，否則被檢樣品將無(wú)法聚焦，影響顯微效果。聚光鏡前透鏡組前面還有一個(gè)虹彩光圈，可以打開(kāi)和縮小，影響成像的分辨率和對(duì)比度。如果虹彩光圈開(kāi)得過(guò)大，超過(guò)物鏡的數(shù)值孔徑，就會(huì)產(chǎn)生光斑；如果光圈收縮 光圈太小，分辨率會(huì)降低，對(duì)比度會(huì)增加。因此，觀察時(shí)，通過(guò)虹彩孔徑的調(diào)節(jié)，將視場(chǎng)光闌（帶視場(chǎng)光闌的顯微鏡）向視場(chǎng)外圍的外切線打開(kāi)，使不在視場(chǎng)內(nèi)的物體無(wú)法得到任何光線.照明避免散射光的干擾。
         (3) 安裝在鏡筒前端轉(zhuǎn)換器上的物鏡第一次利用光使被檢物體。物鏡的成像質(zhì)量對(duì)分辨率有決定性的影響。物鏡的性能取決于物鏡的數(shù)值孔徑（數(shù)值孔徑縮寫為NA）。每個(gè)物鏡的數(shù)值孔徑都標(biāo)在物鏡的外殼上。數(shù)值孔徑越大，物鏡的性能越好。物鏡的種類很多，可以從不同的角度分類： 根據(jù)物鏡前透鏡與被檢物之間的介質(zhì)不同，可分為：①干式物鏡以空氣為介質(zhì)，如常用的40×以下物鏡，數(shù)值孔徑均小于1。 ②油浸物鏡常使用雪松油作為介質(zhì)。這種物鏡也稱為油鏡。其放大倍數(shù)為90×-100×，數(shù)值孔徑值大于1。 根據(jù)物鏡的放大倍數(shù)可分為： ①低倍物鏡指1×-6×，NA值為0.04 -0.15; ②中倍物鏡指6×-25×，NA值為0.15—0.40； ③高倍物鏡 指25×—63×，NA值為0.35—0.95； ④ 油浸物鏡指90×—100×，NA值為1.25—1.40。根據(jù)像差校正的程度，分類可分為：①消色差物鏡是一種常用的物鏡，外殼上標(biāo)有“Ach"，這種物鏡可以去除紅光和青色形成的色差。光。它通常在顯微鏡檢查中與惠更斯目鏡結(jié)合使用。 ②復(fù)消色差物鏡在物鏡外殼上標(biāo)有“Apo"字樣。除了校正紅、藍(lán)、綠光的色差外，還可以校正黃光引起的相位差。它通常與補(bǔ)償目鏡結(jié)合使用。 ③特殊物鏡是在上述物鏡的基礎(chǔ)上，為達(dá)到一定的特定觀察效果而制造的。如：帶校正環(huán)的物鏡、帶視場(chǎng)光闌的物鏡、相襯物鏡、熒光物鏡、無(wú)應(yīng)變物鏡、無(wú)蓋物鏡、長(zhǎng)工作距離物鏡等。.目前研究中常用的物鏡有：半復(fù)消色差物鏡（FL）、平場(chǎng)物鏡（Plan）、平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡（Plan Apo）、超平場(chǎng)物鏡（Splan，super plan apochromat）物鏡（Splan Apo），等等。
         (4)目鏡目鏡的作用是將物鏡放大后的實(shí)像再次放大，將物像反射到觀察者的眼中。目鏡的結(jié)構(gòu)比物鏡的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。普通光學(xué)顯微鏡的目鏡通常由兩個(gè)透鏡組成。上透鏡稱為“目鏡"，下透鏡稱為“場(chǎng)鏡"。上下透鏡之間或兩透鏡下方，有一個(gè)金屬環(huán)形光闌或“視場(chǎng)光闌"，放大后物鏡的中間像落在視場(chǎng)光闌的平面上，因此可以放置目鏡千分尺普通光學(xué)顯微鏡常用的目鏡是惠更斯目鏡，如果需要進(jìn)行研究，一般選擇性能較好的目鏡，如補(bǔ)償目鏡（K）、平面目鏡（P）、寬視場(chǎng)目鏡（WF）。拍照時(shí)使用攝影目鏡 (NFK)。
         (二)光學(xué)顯微鏡 顯微鏡的放大是通過(guò)鏡頭完成的，單鏡頭成像有像差，影響成像質(zhì)量。由單個(gè)透鏡組成的透鏡組相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，放大倍數(shù)更好。圖1-4是顯微鏡成像原理模式。 AB 是標(biāo)本。 (3)顯微鏡的性能。顯微鏡的分辨率取決于光學(xué)系統(tǒng)的各種條件。被觀察的物體必須具有高倍率且清晰。物體放大后能否呈現(xiàn)出清晰精細(xì)的結(jié)構(gòu)，首先取決于物鏡的性能，其次是目鏡和聚光鏡的性能。
         1、數(shù)值孔徑又稱孔徑比（或孔徑比），縮寫為NA，它們的數(shù)值標(biāo)在物鏡和聚光鏡上?？讖胶蛿?shù)值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要參數(shù)，也是判斷其性能的重要指標(biāo)。數(shù)值孔徑與顯微鏡的各種性能密切相關(guān)。它與顯微鏡的分辨率成正比，與焦深成反比。它與鏡像亮度的平方根成正比。數(shù)值孔徑可用下式表示： NA=n.sin α 2 式中： n——物鏡與試樣之間的介質(zhì)分辨率 α——物鏡的鏡頭開(kāi)度角 所謂鏡頭開(kāi)度角是指從物鏡光軸上物點(diǎn)發(fā)出的光與物鏡前透鏡有效直徑邊緣的夾角如圖1-5所示。鏡頭開(kāi)啟角度α為總它小于 180°。由于空氣的折射率為1，干物鏡的數(shù)值孔徑總是小于1，一般為0.05—0.95；如果將油浸物鏡浸入雪松油（折射率為1.515）中，數(shù)值孔徑可以達(dá)到1.5。雖然理論上數(shù)值孔徑的極限等于所使用的浸沒(méi)介質(zhì)的折射率，但實(shí)際上，從透鏡制造技術(shù)的角度來(lái)看，是不可能達(dá)到這個(gè)極限的。通常在實(shí)用范圍內(nèi)，油浸物鏡的大數(shù)值孔徑為1.4。幾種物質(zhì)的介質(zhì)折射率如下：空氣為1.0，水為1.33，玻璃為1.5，甘油為1.47，雪松為1.52。介質(zhì)的折射率對(duì)物鏡光路的影響如圖1-6所示。
         2、分辨率D可用下式表示：D=λ/2N.A?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)為0.4-0.7微米，平均波長(zhǎng)為0.55微米。如果使用數(shù)值孔徑為0.65的物鏡，則D=0.55微米/2×0.65=0.42微米。這意味著被檢物體大于0.42微米時(shí)可以觀察到，小于0.42微米則無(wú)法看到。如果使用數(shù)值孔徑為 1.25 的物鏡，則 D=2.20 微米。任何長(zhǎng)度大于此值的待檢查對(duì)象都可以看到?？梢钥闯觯珼值越小，分辨率越高，物體圖像越清晰。根據(jù)上式，可以通過(guò)以下方式提高分辨率：（1）減小波長(zhǎng)； (2)增加折射率； (3)增加鏡頭角度。以紫外光為光源的顯微鏡和電子顯微鏡使用短光波來(lái)提高分辨率以檢查較小的物體。物鏡的分辨率與圖像的清晰度密切相關(guān)。目鏡沒(méi)有這個(gè)性能。目鏡只放大物鏡產(chǎn)生的圖像。
         3.放大倍率：顯微鏡放大物體，先通過(guò)物鏡*二次放大，目鏡在明視距離引起二次放大。放大倍數(shù)是背面圖像與原始對(duì)象的體積比。因此，顯微鏡的放大倍數(shù)（V）等于物鏡放大倍數(shù)（V1）與目鏡放大倍數(shù)（V2）的乘積，即：V=V1×V2 比較的計(jì)算方法可得由下式 M= △ × D F1 F2 F1=物鏡焦距 F2=目鏡焦距 △=光管長(zhǎng)度 D=清晰視距（=250mm） △=放大倍數(shù)物鏡 D=目鏡倍率 M=顯微鏡倍率 F1 F2 設(shè)置△=160mm F1=4mm D=250mm F2=150mm 那么 M= △ × D= 160 × 250 =40×16.7=668 倍 F1 F2 4 15
         4. 焦深：在顯微鏡下觀察標(biāo)本 當(dāng)焦點(diǎn)在某一像面上時(shí)，物像清晰，該像面即為目的面。除了視野中的目標(biāo)表面，在目標(biāo)表面的上方和下方也可以看到模糊的物體圖像。這兩個(gè)表面之間的距離稱為焦深。物鏡的焦深與數(shù)值孔徑和放大倍數(shù)成反比：數(shù)值孔徑和放大倍數(shù)越大，焦深越小。因此，調(diào)整油鏡一定要比調(diào)整低倍鏡要小心，否則容易造成物體滑過(guò)而找不到。