光学显微镜资料
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1975年，Hoffman调制衬度显微镜
第一章 光学显微镜
第二节 成像原理
光学显微镜示意图1
第一章 光学显微镜
第二节 成像原理
光学显微镜示意图2
第一章 光学显微镜
第二节 成像原理 瑞利判椐：
0.61 n sin
0.61 NA
（确定分辨率的判据）
第一章 光学显微镜
第三节 聚光系统
聚光系统收集显微镜光源发出的光，将它会 聚成各个方向均匀的照明光束，照明样品。
第一章 光学显微镜
第六节 焦深和景深 在显微镜中，景深是非常小，通常在微米量级
另一个参数是焦深：经常与景深相互混淆 焦深是指像平面内的最近与最远清晰成像的距离*
几何像面是指对非常薄样品的切片，即使没有 像差，由于衍射效应，每个像点都会扩展到这 个像面的上下。
*焦 深
焦深为焦点深度的简称，即在使用显微镜时， 当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各 点都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内， 也能看得清楚，这个清楚部分的厚度就是焦深。焦 深大, 可以看到被检物体的全层，而焦深小，则只能 看到被检物体的一薄层。
1893年，Kohler提出照明方式，充分利用Abbe 物镜的分辨率
在上述研究基础上，到19世纪末，光学显微镜得 到了更新，出现了金相显微镜，双目显微镜等
*数值孔径(NA)
数值孔径简写NA，数值孔径是物镜和聚光 镜的主要技术参数，是判断两者（尤其对物镜而 言）性能高低的重要标志。其数值的大小，分别 标刻在物镜和聚光镜的外壳上。它是物镜前透镜 与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（u） 半数的正弦之乘积。用公式表示如下：
景深与焦深示意图
第一章 光学显微镜
第六节 焦深和景深 焦深随着NA和M(方法倍数)的变化而变化，在 通常情况下，大NA有大的焦深，但景深很小。
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
明场显微镜 ：观测振幅（亮度）样品 主要分辨亮度和颜色（频率）
*明场(Brigbtfield):观察试样直接反射光的方法.照明灯通过物镜垂直 导向而入射于试样.来自试样的直接反射光通过物镜即被观察到.
人眼的特性：对强度 和颜色变化敏感
如何将相位变化转变 成强度变化
相位板
环形 光阑
* 相衬显微镜，又称相差显微镜：
相差显微镜（phasecontrast microscope）由P．Zernike于1932年发明，并 因此获1953年诺贝尔物理奖。这种显微镜最大的特点是可以观察未经染色的标本和 活细胞。
衬度=（（B-S）/B）*100% B 背景处强度 S 样品处强度
提高衬度简单方法：颜色+滤光片
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
暗场显微镜
*暗场(Darkfield):观察 试样干涉方法.照明光 线通过物镜外围斜射于 式样,来自式样的干涉 光即被观察到.适用于 检测试样上微细的搽痕 或裂痕,检测晶片等试 样镜状表面
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
某暗场显微镜像， 有典型的干涉条纹
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
明场+暗场
结合明场和暗场， 可以在某些场合 进一步提高衬度
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
明暗场结合 图像事例
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
相衬显微镜*
相位物体：只有相位 变化，无强度变化， 如生物细胞等。
原因是中心离镜头近,周边离镜头远, 一 般拍照团体人像,安排成弧型,就是纠正这一 缺点.
第一章 光学显微镜
第五节 目镜 目镜进一步放大物镜产生的中间像 它也要矫正像差
目镜的示意图
第一章 光学显微镜
第六节 焦深和景深 在考虑分辨率时，通常考虑的是垂直于光轴 平面内点到点的分辨。
还有一个分辨率是轴向分辨率，也称作景深。
第二种结构 校正红光和蓝光的色差
校正两个波长的球差 三组双胶合透镜，一个半月 形透镜和一个单镜 较大NA，较好分辨率，较贵
第一章 光学显微镜
第四节 显微物镜
第三种结构
校正红光、绿光和蓝光的色差
校正两个波长的球差
一个三透镜组合，两个双胶 合透镜，一个半月形透镜和 一个单镜 大NA，好分辨率，贵
第一章 光学显微镜
第四节 显微物镜
上述三种透镜没有校正场曲，要矫正场曲，还 需增加透镜数目。
第一章 光学显微镜
第四节 显微物镜
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。
在一个平坦的影象平面上, 影像的清晰 度从中央向外发生变化,聚焦形成弧型, 就 叫场曲.
NA=nsin(u/2)。 它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成 反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相 应地变小。
第一章 光学显微镜
第一节 引 言
20世纪初，等焦面显微镜出现
2次世界大战前，Zernike原理，相衬显微镜出现 1953年诺贝尔物理学奖
1955年，Nomarski显微镜（微分干涉显微镜）
第一部分 形貌分析
任何固体，首先遇到的问题是其形貌，对其研究 是重要的。形貌有宏观和微观两种，在这一部分 中，我们将对物体表面形貌的观察方法进行较为 深入的探讨。讲述的主要内容为：
光学显微镜
电子显微镜
扫描探针显微镜
第一章 光学显微镜
第一节 引 言
1886年，Abbe设计高级消色差物镜， 无像差大NA物镜出现（ *NA 为数值孔径）
调整聚光系统得到所需的照明光束强度和发 射角对获得好的成像质量特别重要。
更换物镜时需重新调整聚光系统的光阑大小
第一章 光学显微镜
第三节 聚光系统
第一章 光学显微镜
第四节 显微物镜
第一种结构 对红光和蓝光校正轴向色差 校正绿光的球差
一块单镜和两个双胶合结构 最便宜的物镜！！
第一章 光学显微镜
第四节 显微ຫໍສະໝຸດ Baidu镜
景深由物镜的NA决定，目镜只是放大被分辨 物的细节
景深是显微镜物方会聚最近和最远位置间的 距离*
*景 深
景深（depth of field）就是聚焦清晰的焦点 前后“可接受的清晰区域”。这段距离的特点是 实焦点后面清晰的距离要长于前面清晰的距离， 对于任意口径来说，其焦点之后的景深大约是焦 点前面景深的2倍。清晰范围前后较短的，我们 一般称之为景深浅（或景深短）；而清晰范围较 大的，我们一般称之为景深深（或景深长）。
第一章 光学显微镜
第二节 成像原理
光学显微镜示意图1
第一章 光学显微镜
第二节 成像原理
光学显微镜示意图2
第一章 光学显微镜
第二节 成像原理 瑞利判椐：
0.61 n sin
0.61 NA
（确定分辨率的判据）
第一章 光学显微镜
第三节 聚光系统
聚光系统收集显微镜光源发出的光，将它会 聚成各个方向均匀的照明光束，照明样品。
第一章 光学显微镜
第六节 焦深和景深 在显微镜中，景深是非常小，通常在微米量级
另一个参数是焦深：经常与景深相互混淆 焦深是指像平面内的最近与最远清晰成像的距离*
几何像面是指对非常薄样品的切片，即使没有 像差，由于衍射效应，每个像点都会扩展到这 个像面的上下。
*焦 深
焦深为焦点深度的简称，即在使用显微镜时， 当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各 点都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内， 也能看得清楚，这个清楚部分的厚度就是焦深。焦 深大, 可以看到被检物体的全层，而焦深小，则只能 看到被检物体的一薄层。
1893年，Kohler提出照明方式，充分利用Abbe 物镜的分辨率
在上述研究基础上，到19世纪末，光学显微镜得 到了更新，出现了金相显微镜，双目显微镜等
*数值孔径(NA)
数值孔径简写NA，数值孔径是物镜和聚光 镜的主要技术参数，是判断两者（尤其对物镜而 言）性能高低的重要标志。其数值的大小，分别 标刻在物镜和聚光镜的外壳上。它是物镜前透镜 与被检物体之间介质的折射率（n）和孔径角（u） 半数的正弦之乘积。用公式表示如下：
景深与焦深示意图
第一章 光学显微镜
第六节 焦深和景深 焦深随着NA和M(方法倍数)的变化而变化，在 通常情况下，大NA有大的焦深，但景深很小。
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
明场显微镜 ：观测振幅（亮度）样品 主要分辨亮度和颜色（频率）
*明场(Brigbtfield):观察试样直接反射光的方法.照明灯通过物镜垂直 导向而入射于试样.来自试样的直接反射光通过物镜即被观察到.
人眼的特性：对强度 和颜色变化敏感
如何将相位变化转变 成强度变化
相位板
环形 光阑
* 相衬显微镜，又称相差显微镜：
相差显微镜（phasecontrast microscope）由P．Zernike于1932年发明，并 因此获1953年诺贝尔物理奖。这种显微镜最大的特点是可以观察未经染色的标本和 活细胞。
衬度=（（B-S）/B）*100% B 背景处强度 S 样品处强度
提高衬度简单方法：颜色+滤光片
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
暗场显微镜
*暗场(Darkfield):观察 试样干涉方法.照明光 线通过物镜外围斜射于 式样,来自式样的干涉 光即被观察到.适用于 检测试样上微细的搽痕 或裂痕,检测晶片等试 样镜状表面
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
某暗场显微镜像， 有典型的干涉条纹
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
明场+暗场
结合明场和暗场， 可以在某些场合 进一步提高衬度
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
明暗场结合 图像事例
第一章 光学显微镜
第七节 衬度增强机制
相衬显微镜*
相位物体：只有相位 变化，无强度变化， 如生物细胞等。
原因是中心离镜头近,周边离镜头远, 一 般拍照团体人像,安排成弧型,就是纠正这一 缺点.
第一章 光学显微镜
第五节 目镜 目镜进一步放大物镜产生的中间像 它也要矫正像差
目镜的示意图
第一章 光学显微镜
第六节 焦深和景深 在考虑分辨率时，通常考虑的是垂直于光轴 平面内点到点的分辨。
还有一个分辨率是轴向分辨率，也称作景深。
第二种结构 校正红光和蓝光的色差
校正两个波长的球差 三组双胶合透镜，一个半月 形透镜和一个单镜 较大NA，较好分辨率，较贵
第一章 光学显微镜
第四节 显微物镜
第三种结构
校正红光、绿光和蓝光的色差
校正两个波长的球差
一个三透镜组合，两个双胶 合透镜，一个半月形透镜和 一个单镜 大NA，好分辨率，贵
第一章 光学显微镜
第四节 显微物镜
上述三种透镜没有校正场曲，要矫正场曲，还 需增加透镜数目。
第一章 光学显微镜
第四节 显微物镜
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。
在一个平坦的影象平面上, 影像的清晰 度从中央向外发生变化,聚焦形成弧型, 就 叫场曲.
NA=nsin(u/2)。 它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成 反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相 应地变小。
第一章 光学显微镜
第一节 引 言
20世纪初，等焦面显微镜出现
2次世界大战前，Zernike原理，相衬显微镜出现 1953年诺贝尔物理学奖
1955年，Nomarski显微镜（微分干涉显微镜）
第一部分 形貌分析
任何固体，首先遇到的问题是其形貌，对其研究 是重要的。形貌有宏观和微观两种，在这一部分 中，我们将对物体表面形貌的观察方法进行较为 深入的探讨。讲述的主要内容为：
光学显微镜
电子显微镜
扫描探针显微镜
第一章 光学显微镜
第一节 引 言
1886年，Abbe设计高级消色差物镜， 无像差大NA物镜出现（ *NA 为数值孔径）
调整聚光系统得到所需的照明光束强度和发 射角对获得好的成像质量特别重要。
更换物镜时需重新调整聚光系统的光阑大小
第一章 光学显微镜
第三节 聚光系统
第一章 光学显微镜
第四节 显微物镜
第一种结构 对红光和蓝光校正轴向色差 校正绿光的球差
一块单镜和两个双胶合结构 最便宜的物镜！！
第一章 光学显微镜
第四节 显微ຫໍສະໝຸດ Baidu镜
景深由物镜的NA决定，目镜只是放大被分辨 物的细节
景深是显微镜物方会聚最近和最远位置间的 距离*
*景 深
景深（depth of field）就是聚焦清晰的焦点 前后“可接受的清晰区域”。这段距离的特点是 实焦点后面清晰的距离要长于前面清晰的距离， 对于任意口径来说，其焦点之后的景深大约是焦 点前面景深的2倍。清晰范围前后较短的，我们 一般称之为景深浅（或景深短）；而清晰范围较 大的，我们一般称之为景深深（或景深长）。