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显微镜技术
张文博 15692165023 上海海洋大学水产与生命学院
.
1
主要内容
❖ 一、显微镜的发展 ❖ 二、显微镜的应用 ❖ 三、显微镜的原理 ❖ 四、显微镜的结构 ❖ 五、显微镜的重要参数 ❖ 六、显微镜的镜头 ❖ 七、显微镜的像差
.
2
一、显微镜的发展
.
3
❖ 显微镜理论、制作和应用的发 展——
❖ 对发生在瞬间的现象或事物不能留下长久的记录。
❖ 只能感受光谱中很窄的可见光（波长约为400-700毫微 米）范围内的电磁波。
.
27
.
28
❖ 光学显微镜的组成
❖ 光线经过不同介质发生折射，造成像的放大缩小
.
26
❖ 人眼的重要性——
❖ 人眼具有敏捷的性能，视觉传入大脑的信息约占各种 信息的80％，其高度的准确性、灵敏度、分辨力和适 应性等方面，至今在理论上尚未完全解释清楚。
❖ 人眼的局限性——
❖ 不能看清很远或太小的物体。
❖ 对所观察到的物体的形状、大小和远近，不能作出精 确的定量比较和计量。
❖ 两年后．又发明了油浸物镜，并在光学玻璃、 显微镜的设计和改进等方向取得了光辉的业绩。
.
13
Bausch & Lomb Investigator microscope – circa 1893
.
14
❖ 显微镜的发明
❖ 使人类更深刻地揭示了自然界的奥秘，推动了各 学科的发展，反过来由于科学的发展，又促进了 显微镜技术的改进，使之日趋完善。
Microscope made by Charles Chevalier 1840
.
12
❖ 在显微镜的发展史中，贡献最为卓著的是德国 的物理学家、数学家和光学大师恩斯特·阿贝 (Ernst Abbe)。
❖ 他提出了显微镜的完善理论，阐明了成像原理、 数值孔径等问题，在1870年发表了有关放大理 论的重要文章。
惠更斯目镜有两片凸面朝向显 微物镜的内焦点平凸透镜构成, 该结构不能消场曲,由像散来平 衡,一般用于低倍显微镜;
.
11
❖ 1752年，英国人J. Dollond 发明消色差显微镜。 ❖ 1812年，苏格兰人D. Brewster 发明油浸物镜，改
进了体视显微镜。
1840年法国光学仪器商人查尔斯·塞福尔制造的显微镜
.
7
（左）1665年 R. Hoock用来 发现细胞的光学显微镜。
(右)1848年的显微镜。
.
8
近代光学显微镜的发展历程
❖ 荷兰的显微镜学家、微生物 学的开拓者列文虎克(A.van Leeuwenhoek)首先制造成放 大275倍的显微镜，并于 1673年，描述了哺乳动物红血 球的观察情况，1677年，又发 现了人以及狗和兔子的精子
❖ 从十五世纪开始逐渐发展起来的。
.
4
近代光学显微镜的发展历程
❖ 1590年，荷兰的詹森父子(Hans and zachrias Janssen) 制造出第一台原始的、放大倍数约为20 倍的显微镜
❖ 这个显微镜是用一个凹镜和一个凸镜做成的，制作 水平还很低。
❖ 发明的偶然性 ❖ 詹森父子俩的修养起了决定作用，他们抓住这个偶
.
23
❖ 罗丹明123染色后显示的细胞线粒体的定位
.
24
三、显微镜的原理
.
25
❖ 光具有的物理性质
❖ 折射和折射率
❖ 光线在均匀的各向同性介质中，二点之间应以直线传播，当通过不 同密度介质的透明物体时，则会发生折射现象，这是由于光在不同 介质中的传播速度不同所造成的。
❖ 不同介质的折射率
❖ 空气 ——1.0 ❖ 水 ——1.33 ❖ 甘油 ——1.405
TEM
.
18
❖ 1981年，瑞士人G.Binnig和H.RoherI在IBM苏黎世实验中 心（Zurich Research Center）发明了扫描隧道显微镜而 与电镜发明者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。
Cs atoms (red) on the GaAs surface (blue).
然的发现，认真思索，反复实践，用大大小小的凸 玻璃片做各种距离不等的配合，终于发明了世界上 第一台显微镜。 ❖ 并没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这个 原因，詹森的发明并没有引起世人的重视。
.
5
❖ 16l0年，意大利物理学家伽利略 (Galileo)制造了具有物镜、目镜及镜筒 的望远镜
.
6
❖ 1665年，英国物理学家罗伯特·胡克 (Robert Hooke)用复式显微镜观察软木 塞时发现了小的蜂房状结构，称为“细 胞”，由此引起了细胞研究的热潮。
.
19
二、显微镜的应用
.
20
❖ 显微镜的作用——
❖ 是一种处理波的工具，是处理可见光及近可见光波段的波， 使之成束地照射在被检物体上。
❖ 其成象落在人眼的视网膜、感光片或其它记录系统(如电视 显示或电影)上，突破了人类生理的限制。
❖ 把视觉伸展到人眼不能分辨的微观世界中去。用来观察、记 录和研究经过制片技术处理后的被检物体的细微结构。
❖ 对微观世界的探索及理论上的研究起着极其重要的作用。
❖ 广泛地应用于各学科的领域中。
.
21
❖ 光镜技术在生物学上的应用 ❖ A 观察活细胞的形态结构，生命运动， ❖ 细胞周期。 ❖ B 细胞器的定位及功能研究。 ❖ C 基因产物与大分子物质的定位及定量。 ❖ D 监测细胞代谢活动。
.
22
❖ 细胞的钙信号引起钙依赖水母发光蛋白发光
❖ 显微镜设计与制造
❖ 现代多为光、机、电的三结合体。
.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
15
现 代 显 微 镜
.
16
现代光学显微镜的发展历程
❖ 1932年，荷兰籍德国人F. Zernike成功设计了相差显 微镜（phase contrast microscope)，并因此获 1953年诺贝尔物理奖。
.
17
❖ 1932 年 ， 德 国 人 M.Knoll 和 E.A.F.Ruska 发 明 电 镜 ， 1940年，美、德制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。
.
9
Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723).
Magnification ranges at 50-275x.
.
10
近代光学显微镜的发展历程
❖ 1684年，荷兰物理学家惠更斯 (Huygens)设计并制造出双透镜目镜－ 惠更斯目镜，是现代多种目镜的原型。 这时的光学显微镜已初具现代显微镜的 基本结构
张文博 15692165023 上海海洋大学水产与生命学院
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1
主要内容
❖ 一、显微镜的发展 ❖ 二、显微镜的应用 ❖ 三、显微镜的原理 ❖ 四、显微镜的结构 ❖ 五、显微镜的重要参数 ❖ 六、显微镜的镜头 ❖ 七、显微镜的像差
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2
一、显微镜的发展
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3
❖ 显微镜理论、制作和应用的发 展——
❖ 对发生在瞬间的现象或事物不能留下长久的记录。
❖ 只能感受光谱中很窄的可见光（波长约为400-700毫微 米）范围内的电磁波。
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❖ 光学显微镜的组成
❖ 光线经过不同介质发生折射，造成像的放大缩小
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❖ 人眼的重要性——
❖ 人眼具有敏捷的性能，视觉传入大脑的信息约占各种 信息的80％，其高度的准确性、灵敏度、分辨力和适 应性等方面，至今在理论上尚未完全解释清楚。
❖ 人眼的局限性——
❖ 不能看清很远或太小的物体。
❖ 对所观察到的物体的形状、大小和远近，不能作出精 确的定量比较和计量。
❖ 两年后．又发明了油浸物镜，并在光学玻璃、 显微镜的设计和改进等方向取得了光辉的业绩。
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Bausch & Lomb Investigator microscope – circa 1893
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❖ 显微镜的发明
❖ 使人类更深刻地揭示了自然界的奥秘，推动了各 学科的发展，反过来由于科学的发展，又促进了 显微镜技术的改进，使之日趋完善。
Microscope made by Charles Chevalier 1840
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❖ 在显微镜的发展史中，贡献最为卓著的是德国 的物理学家、数学家和光学大师恩斯特·阿贝 (Ernst Abbe)。
❖ 他提出了显微镜的完善理论，阐明了成像原理、 数值孔径等问题，在1870年发表了有关放大理 论的重要文章。
惠更斯目镜有两片凸面朝向显 微物镜的内焦点平凸透镜构成, 该结构不能消场曲,由像散来平 衡,一般用于低倍显微镜;
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❖ 1752年，英国人J. Dollond 发明消色差显微镜。 ❖ 1812年，苏格兰人D. Brewster 发明油浸物镜，改
进了体视显微镜。
1840年法国光学仪器商人查尔斯·塞福尔制造的显微镜
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7
（左）1665年 R. Hoock用来 发现细胞的光学显微镜。
(右)1848年的显微镜。
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近代光学显微镜的发展历程
❖ 荷兰的显微镜学家、微生物 学的开拓者列文虎克(A.van Leeuwenhoek)首先制造成放 大275倍的显微镜，并于 1673年，描述了哺乳动物红血 球的观察情况，1677年，又发 现了人以及狗和兔子的精子
❖ 从十五世纪开始逐渐发展起来的。
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近代光学显微镜的发展历程
❖ 1590年，荷兰的詹森父子(Hans and zachrias Janssen) 制造出第一台原始的、放大倍数约为20 倍的显微镜
❖ 这个显微镜是用一个凹镜和一个凸镜做成的，制作 水平还很低。
❖ 发明的偶然性 ❖ 詹森父子俩的修养起了决定作用，他们抓住这个偶
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❖ 罗丹明123染色后显示的细胞线粒体的定位
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三、显微镜的原理
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25
❖ 光具有的物理性质
❖ 折射和折射率
❖ 光线在均匀的各向同性介质中，二点之间应以直线传播，当通过不 同密度介质的透明物体时，则会发生折射现象，这是由于光在不同 介质中的传播速度不同所造成的。
❖ 不同介质的折射率
❖ 空气 ——1.0 ❖ 水 ——1.33 ❖ 甘油 ——1.405
TEM
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18
❖ 1981年，瑞士人G.Binnig和H.RoherI在IBM苏黎世实验中 心（Zurich Research Center）发明了扫描隧道显微镜而 与电镜发明者Ruska同获1986年度的诺贝尔物理学奖。
Cs atoms (red) on the GaAs surface (blue).
然的发现，认真思索，反复实践，用大大小小的凸 玻璃片做各种距离不等的配合，终于发明了世界上 第一台显微镜。 ❖ 并没有发现显微镜的真正价值。也许正是因为这个 原因，詹森的发明并没有引起世人的重视。
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❖ 16l0年，意大利物理学家伽利略 (Galileo)制造了具有物镜、目镜及镜筒 的望远镜
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❖ 1665年，英国物理学家罗伯特·胡克 (Robert Hooke)用复式显微镜观察软木 塞时发现了小的蜂房状结构，称为“细 胞”，由此引起了细胞研究的热潮。
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二、显微镜的应用
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20
❖ 显微镜的作用——
❖ 是一种处理波的工具，是处理可见光及近可见光波段的波， 使之成束地照射在被检物体上。
❖ 其成象落在人眼的视网膜、感光片或其它记录系统(如电视 显示或电影)上，突破了人类生理的限制。
❖ 把视觉伸展到人眼不能分辨的微观世界中去。用来观察、记 录和研究经过制片技术处理后的被检物体的细微结构。
❖ 对微观世界的探索及理论上的研究起着极其重要的作用。
❖ 广泛地应用于各学科的领域中。
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21
❖ 光镜技术在生物学上的应用 ❖ A 观察活细胞的形态结构，生命运动， ❖ 细胞周期。 ❖ B 细胞器的定位及功能研究。 ❖ C 基因产物与大分子物质的定位及定量。 ❖ D 监测细胞代谢活动。
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❖ 细胞的钙信号引起钙依赖水母发光蛋白发光
❖ 显微镜设计与制造
❖ 现代多为光、机、电的三结合体。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
15
现 代 显 微 镜
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现代光学显微镜的发展历程
❖ 1932年，荷兰籍德国人F. Zernike成功设计了相差显 微镜（phase contrast microscope)，并因此获 1953年诺贝尔物理奖。
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❖ 1932 年 ， 德 国 人 M.Knoll 和 E.A.F.Ruska 发 明 电 镜 ， 1940年，美、德制造出分辨力为0.2nm的商品电镜。
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Made by A.van Leeuwenhoek (1632-1723).
Magnification ranges at 50-275x.
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10
近代光学显微镜的发展历程
❖ 1684年，荷兰物理学家惠更斯 (Huygens)设计并制造出双透镜目镜－ 惠更斯目镜，是现代多种目镜的原型。 这时的光学显微镜已初具现代显微镜的 基本结构