第七章显微光学系统)2教程
显微光学系统的原理与应用
显微光学系统的原理与应用1. 引言在现代科学研究和工程技术中，显微光学系统扮演着重要角色。
它能够放大微小的物体，使我们能够观察到肉眼无法看见的微观世界。
本文将介绍显微光学系统的原理和应用。
2. 显微光学系统的原理显微光学系统由光学仪器组成，主要包括物镜、目镜、光源和镜筒等部分。
2.1 物镜和目镜物镜是显微镜中放大样本的主要组件，它通常由几个透镜组成。
光线从样本上方穿过物镜，然后被物镜放大。
目镜位于物镜旁边，用于再次放大图像。
物镜和目镜的放大倍数决定了整个显微光学系统的放大倍数。
2.2 光源在显微光学系统中，光源提供光线照射在样本上，使其可见。
常用的光源包括白炽灯、荧光灯和LED等。
选择适当的光源非常重要，因为它影响样本的亮度和对比度。
2.3 镜筒镜筒是显微光学系统的支架，它可以调节物镜和目镜的位置以获得清晰的图像。
镜筒还可以安装各种附件，如滤光片、望远镜和数码摄像头等。
3. 显微光学系统的应用显微光学系统在许多领域都有广泛的应用。
3.1 生物医学在生物医学领域，显微光学系统被用于观察和研究细胞和组织的结构和功能。
例如，在组织学研究中，显微光学系统可以帮助科学家观察细胞的形态和排列，以及细胞内的亚细胞结构。
此外，显微光学系统还可以用于药物筛选、组织工程和癌症诊断等方面。
3.2 材料科学在材料科学研究中，显微光学系统可用于观察和分析材料的微观结构和性质。
科学家可以使用显微光学系统观察材料表面的缺陷和晶体结构，以及材料中的组织和相变。
这对于新材料的设计和性能优化非常重要。
3.3 环境科学显微光学系统在环境科学中也有广泛的应用。
例如，在水质监测中，显微光学系统可以用于观察和计数水中的浮游生物和底栖生物，从而评估水体的健康状况。
此外，显微光学系统还可以用于土壤微生物研究和空气质量监测等方面。
3.4 纳米技术显微光学系统在纳米技术中也扮演着重要角色。
通过使用高分辨率显微光学系统，科学家可以观察和操纵纳米尺度的物体和结构。
光学显微镜的使用和显微绘图课件
更加清晰。
5 换10 X 物镜观察。此时，只须稍稍调节细调节旋钮即可。
低倍镜的使用
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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低倍镜的使用
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如果按上述操作步骤仍看不到物像时，可能由以下原因造成： ① 转动调节钮太快，超过焦点。应按上述步骤重新调节焦距。 ② 物镜没有对正，应对正后再观察。 ③ 标本没有放到视野内，应移动标本片寻找观察对象。 ④ 光线太强，尤其观察比较透明的标本片或没有染色的标本时，
干擦镜纸擦一次。擦拭时要顺镜头的直径方向，不要沿镜头的圆周擦。擦拭要细心，
动作要轻，不可用力擦。如果聚光器上有滴油也要同样清洁。载玻片上的油可用“ 拉纸法”擦净，即把一小张擦镜纸盖在载玻片油滴上，在纸上滴一些二甲苯，趁湿 把纸往外拉，这样连续作3—4次，即可干净。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
如按上述操作仍看不到物像时，可能由下列原因造 成： ①观察的部分不在视野内，应在低倍镜下寻找到后， 移到视野中央，再换高倍镜观察。 ②标本片放反了，应把标本片放正之后，再按上述 步骤操作。
③焦距没调好，应仔细调节焦距。 如需要更换标本片时，应该先把载物台下降，然后 把标本片移到载物台前方，再取下。
油镜的使用
•使用显微镜的要领就是从低倍物镜开始观 察，先粗调后细调。
在低倍物镜下找到要观察的东西后， 再逐步加大物镜倍数，仔细观察。
低倍镜的使用
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1 检查：各部件有无损坏，如发现问题，立即报告教师请求处理。
2
准备：将显微镜放于前方略偏左侧以便观察。打开电源开关，观察
光学显微术ppt课件
3.2 使用方法
聚光器的镜口率要与物镜相匹配
物镜的NA值＋聚光器的NA值 物镜的有效镜口率＝——————————————
2
25
应尽量使聚光器保持在最上位置，可通 过调节孔径光阑来调节NA值，通过调节 光源亮度来调节入射光强度。
使用NA值＞1.0的聚光器时，可在聚光器 上，透镜与载片之间加香柏油。
相板phasering环状光阑annularring40光通过透明物体时是要慢下来的光通过透明物体时是要慢下来的为了把直接传播的光和被物体衍射为了把直接传播的光和被物体衍射的光区分开来在聚光器的焦平面的光区分开来在聚光器的焦平面上放一环形光栅并在两个物镜之上放一环形光栅并在两个物镜之间插入一个相板使相板上的环形间插入一个相板使相板上的环形条纹与环形光栅的象恰好重通过条纹与环形光栅的象恰好重通过合轴调节望远镜合轴调节望远镜
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Review-- interference of light waves with same wavelength
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相差附件
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2. 装置
1.1 相差物镜：内置有相板，可区分为直射光区和 衍射光区两部分，分别用阻光物质（如薄的金属镀 膜）减小光亮度。若经处理后直射光的相位与衍射 光相同，则为正相差，反之则为负相差。
光学显微术
显微镜主要光学部件构造 相差显微镜原理和使用 荧光显微镜原理和使用
1
一、显微镜主要光学部件构造
2
显微镜的光学原理
被检物AB放在物镜 (O1) 下方的一倍焦距之 间，则在物镜 (O1) 后方形成一个倒立得放大实像， 这个实像正好位于目镜 (O2) 的下焦点之内，通过 目镜后形成一个放大的虚像 A2B2，这个虚像通过 调焦装置使其落在眼睛明视距处，即 25cm ，使 所看到的物体最清晰，也就是虚像A2B2 是在眼 睛晶状体的两倍焦距之外，在眼球后的视网膜形成 一个倒立的 A2B2 缩小像A3B3。
光学显微镜的使用方法人教版七年级生物教学课堂PPT
整洁、干净。
1、取镜和安放 （1） 右 手握住镜臂， 左 手托住镜座。 （2）把显微镜放在实验台距边缘5cm处，略偏左，安装 好 目镜 和 物镜 。
14 镜座
归纳显微镜的使用方法和正确的操作步骤
（一）取镜和安放
右手握住镜臂，左手托住镜座
把显微镜放在实验台距边缘7厘米左右 处，略偏左。安装好目镜和物镜。
（二）பைடு நூலகம்光
转动转换器，使 低倍物镜对准通 光孔（物镜前端 与载物台要保持 2厘米距离）
把一个较大的光圈 对准通光孔，左眼 注视目镜，同时用 两手转动反光镜， 使光线通过通光孔 反射到镜筒内。直 到呈明亮的圆形视 野为止
目镜：10× 目镜：10×
物放镜大：1100倍× 物放镜大：4400×倍
放大倍数 观察到的细胞大 观察到的
小
细胞数目
低倍
小
多（视野范围大）
高倍
大
少（视野范围小）
四、演示并讲解光学显微镜的使用过程
1.显微镜的使用步骤
取镜 → 安放 → 对光 → 放置玻片标本和调焦 → 观察 → 收放
2.使用显微镜应注意的问题
玻片标本为止。 （3）一只眼注视 目镜内，同时逆时针转动粗准焦螺旋， 使镜筒缓缓上升，直到看清物像，再略微转动细准焦螺旋，
使物像更加清晰。
总结: 1、显微镜中所看到的是上下、左右均颠倒的物像。 （例如：字母“p”所成的像为“d”）
2、物像的放大倍数=目镜放大倍数 × 物镜放大倍数
第七章典型的光学系统详解
A B
须物要位于有限距离处。
弥补近视眼的缺陷，采用的方法就是戴负透镜。
该负透镜的焦距大小为： f ' lr 2）远视眼：远点位于人眼之后；点取决于人眼的调节能力。
由于人的眼球较短，水晶体像方焦点位于视网膜之后。所以远视眼矫正的方
法，佩戴正透镜。
3）老花眼：远点位于无限远处；近点则因受调节能力的限制而距眼较远。 矫正的方法佩戴凸透镜。
A CB
J1 B'1 A'1 C1'
J2 A'2 B'2C2'
图 7—5 双目立体成像 人眼注视 A 点，将在二眼各自黄斑处产生一个像。现在 J1AJ 2 范围内取一点 B，当物点 A 成像时，B 也将同时在双眼各自成像。但是由于 B'1成像于黄斑的左 侧；而 B'2 成像于黄斑的右侧，由于分别成像于黄斑的不同侧，所以成双像。 即有：在角 J1AJ 2 范围内的空间所有点都成双像。而在角 J1AJ 2 范围外的空 间所有点都单一像。 所以按照我们刚才的分析讨论的，当观察周围空间时应该既有双像存在，也 有单像存在的。但实际上我们感受不到双像的存在，是因为双眼不断的转动，注 视点在不断的改变的缘故，所以日常不易察觉双像的那部分空间在人眼中的影 响。 2、 双眼立体视觉 立体视觉是双眼一个非常重要的特性主要原因是视差角的不同。
c)
b)
d)
图 7—4 对准形式Biblioteka (1 ~ 1 ) 6 10
即对准误差为分辨率的 1／6~1／10。 六、双目立体视觉 1、 双眼视觉
这是绝大部分人观察物体的情况，由于正常人都有二只眼，故当观察周围物 体时，二眼并用，由于二眼可分别看作是一光学系统，所以物体将在左右二眼中 各自成像，成二个像，并最终在大脑中汇合为单一像。
显微光学系统的原理和应用
显微光学系统的原理和应用1. 概述显微光学系统是利用光学原理和技术研制而成的一种工具，用于观察微观领域中的物体，将其放大并显示在人眼能够接受的范围内。
本文将介绍显微光学系统的原理和应用。
2. 原理显微光学系统的原理可以简单概括为光学成像和放大。
下面将详细介绍显微光学系统的原理。
2.1 光学成像光学成像是通过光线的折射、反射和散射等现象，将被观察的物体影像传递到眼睛或相机的过程。
光学成像的主要原理包括： - 折射原理：光线在不同介质中传播时会发生折射现象，使得光线的传播方向发生改变。
- 反射原理：光线在物体表面发生反弹，改变传播方向。
- 散射原理：光线在物体内部或表面上被散射，形成散射光。
2.2 放大原理光学成像后，显微光学系统会对被观察的物体进行放大处理，使其在观察过程中能够更清晰、更细节地显示出来。
放大主要通过透镜或物镜等光学元件来实现。
3. 应用显微光学系统广泛应用于多个领域，下面将介绍几个主要的应用场景。
3.1 生物科学在生物科学研究中，显微光学系统可以用来观察和研究生物体的细胞结构、活动过程等。
例如，在细胞生物学中，显微光学系统可以用来观察细胞核、细胞器和细胞膜的结构，以及细胞分裂和细胞运动等生物现象。
3.2 材料科学在材料科学研究中，显微光学系统可以被用来观察和分析材料的微观结构和性质。
通过显微光学系统，科学家可以观察材料的晶体结构、晶界和缺陷等，以及材料的热变形、断裂行为等。
3.3 医学诊断显微光学系统在医学诊断中具有重要的应用价值。
在临床医学中，医生可以使用显微光学系统观察患者的组织细胞，以便更准确地诊断疾病和制定治疗方案。
例如，在病理学中，显微光学系统可以用来观察组织切片，诊断恶性肿瘤和炎症性疾病等。
3.4 纳米技术在纳米技术领域，显微光学系统可以用来观察和研究纳米级别的物质和结构。
例如，在纳米材料研究中，科学家可以使用显微光学系统观察纳米颗粒的形貌、尺寸和分布情况，以及纳米材料的相互作用和性质。
2015第20课【典型系统-显微镜】解读
光学筒长Δ=F1’F2≠机械筒长≠共轭距（国家标准）
显微镜系统成像原理
目镜
物镜 B A F1
2、线视场
选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，线视场越小
3、出瞳直径
• 出瞳直径D’小于眼瞳 • NA＝nsinu，称为显微镜的数值孔径，是与β 配合选用的重要 光学参数，一同刻在镜筒上。
4、景深
人眼通过显微镜调焦在某一平面（对准平面）上时，在对 准平面前和后一定范围内物体也能清晰成像，能清晰成像 的远、近物平面之间的距离称作显微镜的景深。
f'
f1' f 2 '
它与放大镜公式具有完全相同的形式。显微镜系统实质上 就是一个复杂化了的放大镜
• 常用的物镜倍率：4x、 10x、 40x和100x • 常用的目镜倍率：5x、10x和15x
极限倍率：100*15=1500
例题
二、显微镜的光束限制
1、光阑的设置与其结构及用途有关
• 1）孔阑 观察用 低倍：物镜框（入瞳），出瞳位于眼瞳处 高倍：最后一组透镜框 测量用 一般在物镜像方焦平面上，形成物方远心光路。 • 2）视阑：均设置在物镜像平面处(分化板) ——入窗在物平面上，出窗在最后像平面上 • 3）渐晕 观察用：≤2 测量用：0 • 4）一般没有消杂光光阑
A”
F1’
பைடு நூலகம்
A’ F2 B’
• 显微镜和放大镜起 着同样的作用
B”
目镜 物镜
(光学测量技术)第7章光学系统像质检验与评价
第7章 光学系统像质检验与评价
一、 检验光学系统的共轴性 检验前，应调节待测系统光轴与平行光管光轴准确一致。 在此基础上，用白光照明，如果所观察到的衍射环不同心， 或同一环上光能分布不一致，或颜色不一样，则表明待测系 统的共轴性遭到破坏。共轴性检验在多组分离物镜的装配过 程中使用最多，也非常重要，由此可将各组间的光轴调到严 格同轴。
为了便于观察，一般取人眼的分辨角 α =2 ' ~4 ' ，代入上式 则有
当显微镜的数值孔径选定后，其垂轴放大率 β 也就确定 了。因此，只要合理选择目镜的放大率，即可满足显微镜总 放大倍率的要求。
第7章 光学系统像质检验与评价
三、 前置镜参数的选择 若对望远系统或其它平面光学元件做星点检验，则应采 用前置镜进行放大观察。对前置镜除要求像质好外，还应使 其入瞳直径大于待测系统出瞳直径，放大率满足人眼分辨星 点像细节的要求。第一、二衍射亮环经待测望远系统后的角 距离 Δ θ' =Δ θΓ =1.044 λ / D' 。显然，前置镜放大率应为
第7章 光学系统像质检验与评价 上式所代表的几何图形及各量物理意义如图 7.1 所示。
图 7.1 衍射受限系统参量与艾里班光强分布
第7章 光学系统像质检验与评价
艾里斑是由中央亮斑及若干亮度迅速减弱的同心外环组 成的。艾里斑各极值点的相关数据见表 7－1 。
第7章 光学系统像质检验与评价
计算表明，理想星点像的光强分布不仅是轴对称的，而 且最佳像面前、后对称截面上，其星点衍射像的光强分布也 是对称的。
第7章 光学系统像质检验与评价 7. 1. 2 星点检验装置
对于透镜型的光学系统或零件，星点检验的装置主要由 焦面上装有星孔光阑的平行光管和观察显微镜组成，如图 7. 2 所示。
光学显微镜的使用PPT课件(初中科学)
显微镜的使用
二、对光
3．转动转换器，使低倍物 镜对准通光孔(物镜的前端 与载物台要保持5厘米的距 离)。
显微镜的使用
三、视察
4．把所要视察的玻片标本 放在 载物台上，用压片夹压 住，标本要正对通光孔的中 心。
显微镜的使用
5．转动粗准焦螺旋，使镜筒 慢慢降落，直到物镜接近玻片 标本为止（眼 睛看着物镜， 以免物镜碰到玻片标本）。
（7）调焦装置：为了得到清楚的物像，必须调 节物镜与标本之间的距离，使它与物镜的工作距 离相等。这种操作叫调焦。在镜臂两侧有粗、细 调焦螺旋各一对，旋转时可使镜筒上升或降落。 大的一对是粗准焦螺旋，调动镜筒升降距离大， 旋转一周可使镜筒移动2毫米左右。小的一对是 细焦螺旋，调动镜筒的升降距离很小，旋转一周 可使镜筒移动约0.1毫米。在用低倍物镜视察时， 使用粗调焦螺旋；用高倍物镜视察时，用细调焦 螺旋。
6．向目镜内看，同时反方向 转动粗准焦螺旋，使镜筒慢慢 上升，直 到看清物像为止。 再略微转动细准焦螺旋，使看 到的物像更加清楚。
7、换高倍物镜：如果进一步使用高倍物镜视察，应 在转换高倍物镜之前，把物像中需要放大视察的部分 移至视野中央（将低倍物镜转换成高倍物镜视察时， 视野中的物像范围缩小了很多）。如果换高倍物镜后 物像不一定很清楚，可以转动细准焦螺旋进行调节。 在转换高倍物镜并且看清物像之后，可以根据需要调 节光圈或聚光器，使光线符合要求（一般将低倍物镜 换成高倍物镜视察时，视野要稍变暗一些，所以需要 调节光线强弱）。
（8）聚光器：以调节光线。
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2、光学部分 由成像系统和照明系统组成，成像系统包 括物镜和目镜，照明系统包括反光镜和聚 光器。
1.目镜： 直插式：长度和放大倍数成反 比。 规格：5倍、10倍、16倍和40倍
工程光学第7章典型光学系统
物体位于明视距离处对人眼的张角放大镜的工作原理250mm,r=−两块密接透镜构成的放大镜显微镜物镜物平面到像平面的距离称为共轭距。
各国生产的通用显微物镜的共轭距离大约为190mm 左右。
我国适用于远视眼的视度调节适用于近视眼的视度调节F eF F eF满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像——物镜共轭距不变加反射棱镜、平行平板镜的焦面上，然后通过目镜成像在无限远供人眼观察。
无限筒长显微镜：被观察物体通过物镜以后，成在无限远，在物镜的后面，另有一固定不变的镜筒透镜(我国规定焦距250mm)，再把像成在目镜的焦面上。
7.3 望远镜§7.3.1 望远镜的工作原理望远镜系统的结构望远镜中的轴外光束走向'tan 'o y f ω=−视角放大率：'tan 'f ω望远镜系统中平行于光轴的光线(a)开普勒望远镜系统和(b)伽利略望远镜系统(a)(b)两类望远镜系统中的轴外光束走向开普勒式望远系统加入场镜的系统=1:2.8照相镜头可变光圈孔径光阑探测器视场光阑−UU′聚光镜显微物镜光源物面孔径光阑孔径光阑可变，调节进入显微物镜的能量，调节入射至显微物镜的光束孔径角，与显微物镜的数值孔径相匹配。
其缺点是光源亮度的不均匀性将直接反映在物面上。
双目望远镜系统望远镜系统简化出瞳距望远镜系统简化'30mmD D =Γ=''tan 8mmo y f ω=−='5mmD =光阑位置D 物D 分D 目l z '01.22d λ=艾里斑Airy disk2)实验系统相同，所用光波波长愈短则艾里斑愈小；U ′刚能分辩的两个像点min0.15≈角距离时人眼还2mm视觉细胞的直径，约5μm U′显微物镜的分辨率'σβσ=显微镜的几何景深2''x u δ≈Δ⋅弥散斑。
《显微构造分析的工作与技术方法简介》课件
3、标本定向标记方法
（1）组构定向法（以岩组座标系统定向） 在野外露头上，先根据小构造确定不同组构轴的方位，标记在定向面上，并测定组构轴方位产状，再将标本敲下。
（2）地理定向法（以地理座标系统定向）
在定向面，先测量出该面产状，再将其走向线和真倾斜线标上，再将标本敲下。如果在上层面定向不方便，也可在下层面定向，但标记应有区别或注明。如该定向面产状很平缓接近水平，则只要在定向面上标上正北方位，再将标本敲下。
（一）区域构造背景分析 （2）另一方面，开展显微构造分析，还需要结合区域较大尺度上的构造特点，针对不同的目的采集不同构造部位的样品。 如开展褶皱机制的研究工作，需要在褶皱不同构造部位，如转折端、核部、翼部等部位采集相应的变形岩石样品位、具有不同特点的糜棱状岩石样品开展研究。
（3）综合定向法
这种方法是将地理定向法和组构定向法结合起来应用。即在野外先按照地理定向法定向，量出并记录下定向面的产状；再在定向面上将组构轴标上；并量出并记录下组构轴的产状。
a
b
4、采集定向标本的注意事项
（1）不要匆匆忙忙打标本，一定要先进行露头详细观察，研究各种地质现象、小构造特征及其相互关系，组构要素的产状等。 （2）要区分定向面是朝上还是朝下，并要用不同的标记方法标明，以免日后在室内恢复标本产状时出错。 （3）采标本时一定要记录采样点坐标位置、标图，标本编号、详细记录，必要时素描与照相。
第七章 像差
轴放大率所致。β不是常数，而是物高y的函数 3.分类 桶形畸变（负畸变），β随物高y的增大而减小 枕形畸变（正畸变）
枕形畸变 正畸变
桶形畸变 负畸变
视场的畸变用符号q表示
对”, 经系统后,交点不在主光线上,也不交在理想像面 上
·-K’T
a
kT ' = ( ya '+ yb ') / 2 − yz '
弧矢彗差：前后光线经系统后的交点BS’到主光
线的垂直于光轴方向的距离， KS’
彗差对于大孔径系统和望远系统影响较大
对于某些小视场大孔径的系统（如显微镜），常用“正弦 差”来描述小视场的彗差特性。
分辨率
理想光学系统衍射分辨率普遍公式 鉴别率板 使用数码相机对此板实拍后，对数码照片可以判读 出相机的分辨率
§7.1 像差概述
一像差 Aberration ①以前研究的都是理想像，在近轴条件下理想 成像是能近似实现的，近轴条件要求成像光束 的孔径小和仪器的视场小 ②对任何一个实际的光学系统而言，都需要一 定的相对孔径和视场（如显微镜 ）
为轴外子午球差
δ L'T
=
X
' T
− xt'
弧矢场曲
弧矢宽光束场曲：弧矢宽光束的交点沿光轴方向到高斯 像面的距离
弧矢细光束场曲
δ 两者间的轴向距离称为轴外弧矢球差
L'S
=
X
' S
− xs'
轴外球差:轴外物点发出的粗光束经系统后的交点与细光束的 交点的偏离,当视场不大时,轴外球差和轴上球差差不多相等
第七章 典型光学系统
适应是指眼睛对周围空间光亮情况的自动适应程 度；是通过瞳孔的自动增大或缩小完成的。
明适应：由暗处到亮处 暗适应：由亮处到暗处
三、眼睛的调节及校正
眼睛的调节：眼睛成像系统对任意距离的物体自动 调焦的过程。 视度：眼睛的调节程度。若视网膜在物空间的共轭面离开
眼睛的距离为l（以米为单位），则l 的倒数称为视度，用 SD表示 1 SD l 正常人眼，在没有调节的自然状态下，无限远物体的像正 好成在视网膜上，即远点在无限远，此时视度为
L L2 / b
（7-10）
将b 62m m, min 10" 0.00005 代入上式, 得 L 8 104 L2
（7-11）
若通过双目光学系统来增大基线b或减少 Δθmin，则可以增大体视半径和减少立体 视觉误差。
第二节 放大镜
一、 视觉放大率
目视光学仪器的基本工作原理：使物体通过这 些仪器后，其像对人眼的张角大于直接观察 物体时对人眼的张角。
A b L
（7-8）
立体视差：不同距离的物体 对应不同的视差角， 其差 异 称为立体视差。 体视锐度：人眼能感觉到 的极限值 min 称为体视锐 度
人眼能分辨远近的最大距离
Lmax b
min
62mm 20265/ 10" 1200
（7-9）
Lmax称作立体视觉半径 立体视觉阈：双眼能分辨两点间的最 短深度距离。
第七章
典型光学系统
第一节 眼睛及其光学系统
第二节 放大镜 第三节 显微镜系统 第四节 望远镜系统 第五节 目镜 第六节 摄影系统 第七节 投影系统
第一节 眼睛及其光学系统
一、眼睛的结构——成像光学系统
光学显微镜的构造和使用方法
光学显微镜的构造和使用方法一、显微镜的构造显微镜是一种复杂的光学仪器。
它是医学实验常用工具之一，其作用是将观察的标本放大，以便观察和分析。
一般光学显微镜包括机械装置和光学系统两大部分，如图右所示。
（一）机械装置1. 镜座：位于最底部的构造，为整个显微镜的基座，用以支持着整个镜体，起稳固作用。
2. 镜柱：为垂直于镜座上的短柱，用以支持镜臂。
3. 镜臂：为支持镜筒和镜台的呈弓形结构的部分，是取用显微镜时握拿的部分。
4.调焦螺旋：为调节焦距的装置，分为细准焦螺旋和粗准焦螺旋两种。
(1)粗准焦螺旋：使镜筒较快或较大幅度的升降，能迅速调节好焦距。
适于低倍镜观察时调焦。
(2)细准焦螺旋：可使镜筒缓慢或较小幅度地升降。
使用于在低倍镜下用粗调节器找到物体后，在高倍镜下进行焦距的精细调节。
5. 镜筒：位于镜臂的前方，它是一个齿状脊板与调节器相接的圆筒状结构，上端装载目镜，下端连接物镜转换器。
6. 转换器：位于镜筒下端的一个可旋转的凹形圆盘上，一般装有2～4个放大倍数不同的接物镜。
旋转它就可以转换接物镜。
旋转盘边缘有一定卡，当旋至物镜和镜筒成直线时，就发出“咔”的响声，这时方可观察玻片标本。
7. 镜台：也称载物台,是位于镜臂下面的平台，用以承放玻片标本。
载物台中央有一圆形的通光孔，光线可以通过它由下向上反射。
(二)光学系统1.反光镜：装在镜台下，它有平凹两面。
平面镜聚光力弱，适合光线较强时使用。
凹面镜聚光力强，适于光线较弱时使用。
2.目镜和物镜：a.区分方法：目镜螺纹，物镜螺纹。
b.放大倍数与长短的关系：物镜越长，放大倍数越，距离玻片的距离；目镜越长，放大倍数越。
c.放大倍数指的是:物体的 (面积或长度和宽度)放大倍数。
显微镜的放大倍数= ×。
例：（1）显微镜目镜为10×，物镜为10×，视野被彼此相连的64个细胞所填满。
若物镜换为40×，则在视野中可检测到细胞的数目是个。
（2）显微镜目镜为10×，物镜为10×，在视野范围内看到一行相连的8个细胞。
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这种目镜的镜目距很大，所以在有相同的镜目距时，无
畸变目镜的设计焦距可以选得小一些，使结构更加紧凑一 些。 2018/11/5 31 这种特点非常适用于大地测量仪器和军用仪器。
5、广角目镜
• 广角目镜是为适应大视场系统而设计的。 由于视场角增大，场曲也随之增大。 为了保证像差的要求，目镜的结构必须复杂化， 或在系统中加入负光焦度的透镜； 或增加正透镜组的数目，是光焦度分散。 下图是两种视场在60°以上的广角目镜，接目镜用两块 透镜代替。
Fe 正常眼
2
Fe 近视眼
Fe 远视眼
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N f e x (mm) N (折光度)— 适用的近、远视范围 1000
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目镜是一种中等孔径、大视场、短焦距、光阑在外面的光学系 统。
二）、目镜的像差 目镜属于较小孔径、较大视场系统。 主要像差为：彗差、畸变、像散、场曲和倍率色差。
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三、显微物镜的像差 物镜属于小视场、大孔径系统。 主要像差为：球差、彗差和位置色差。 在显微照相、测量和显微投影用途中，还需校正像面弯曲。 校正像差的主要方法： 使用齐明透镜，降低系统像差负担； 使用多组双胶合透镜：校正球差和位置色差 恰当安排孔径光阑位置，尽可能扩大满足正弦条件的区域。 使用厚透镜：校正像面弯曲。
结构不宜在视场光阑平面上设置分划板，因此惠更斯目镜 不宜用在测量仪器中。
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冉斯登目镜由两块凸面相对的平凸透镜组成，其间隔 d小于惠更斯目镜两透镜的间距。
视场光阑 （物镜像平面 目镜前焦面） 场镜 接目镜 出瞳（眼瞳）
d
• 在成像质量上，由于冉斯登目镜的间隔小，所以冉斯登 目镜的场曲小于惠斯登目镜的场曲。
-y〞
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§7-7 显微镜的照明系统
n sin U max NA 称为显微物镜的数值孔径（NA）
道威判断：两个相邻像点之间的两衍射斑中心距为0.85爱里 斑半径时，则能被光学系统分辨。
0.61 0.5 0.85 NA NA
表明:显微镜的分辨本领取决于所用的光波波长和物镜的数值孔径。 想一想：提高光学显微镜分辨本领可以采取那些方法？
二、原理
构成：由物镜系统、目镜系统和照明系统三部分组成。
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显微系统的构成
• 照明系统＋成像系统
• 成像系统= 物镜＋目镜
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3
显微镜系统成像原理
目镜
物镜 B A F1
A”
F1’
A’ F2 B’
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B”
4
物镜
B A F1
A”
F1’
A’
F2
B’
两次放大： 1.物镜的实像放大A’B’ 位于目镜的物方焦点 F2 的附近；
0.2
0.0 -10 -5 0 5 10
0.61 0 f a
其上集中了总能量的83.78% 接着是第一级暗环然后是第一级亮环，其能量是总能量的 7.22%；
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因为光环的能量主要集中在爱里斑上， 所以可以把它看作理想系统的点像； 当两个独立的光强度相 等的发光点逐渐靠近时， 其在系统像面上的爱里 斑也逐渐靠近，并开始 有重叠的部分。
o e
它与放大镜公式具有完全相同的形式。显 微镜系统实质上就是一个复杂化了的放大镜
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§7-2 显微镜的光束限制
一、 孔径光阑的设置
1.低倍物镜的孔径光阑— B —为单组物镜框本身。 y A Fo 2.精密测量显微镜（高倍物 镜)的孔径光阑——在 F1′ 处专设孔径光阑构成物 方远心光路。 入瞳位于物空间无穷远处。 出瞳在目镜的像方焦点附近，人眼瞳与之重合，接收所有 成像光。
因目镜通常倍率较小，实像和分划刻度产生同等像差， 故对校正像差的要求通常不高。
三）常见的目镜分类
1、惠更斯目镜和冉斯登目镜
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• 惠更斯目镜由两块平凸透镜组成，其间隔为d。
场镜 视场光阑 物镜像面 接目镜 出射光瞳 （眼瞳）
接目镜物 方焦面
d
场镜所产生的轴外差很大，很难予以补偿。所以该目镜
p
p
几何 调节 物理
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1.1m
要求物面非常平整！
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§7-5 显微镜的物镜系统
• 一、显微物镜的光学性能
放大率 数值孔径 线视场 共轭距
(180mm)
NA n sinU max
2y 2 y'
M l l
M f1 2 （ 1 ）
l' l
可使用单色光照明：避免引入色差。
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四、显微物镜分类
1.显微物镜根据用途不同分为： 消色差显微物镜 复消色差物镜 平场消色差物镜 平场复消色差物镜 折反射显微物镜
40X0.95复消色显微物镜
40X0.85平场复消色显微物镜
普通显微物镜大多数属于消色差型，只需校正球差、
这就引出光学系统对相邻两物点的分辨问题。
瑞利判据
瑞利给出恰可分辨两个物点的判据：点物S1的艾里斑中心恰好 与另一个点物S2的艾里斑边缘（第一衍射极小）相重合时，恰 可分辨两物点。 S1 可分辨 S2
S1 S2
S1 S2
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恰可分辨
100% 75%
不可分辨
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二、最小分辨距公式
0.61 0.61 n sin U max NA
10/0.25 ∞/0 如：40/0.65 镜头上的参数标识： 倍率/N.A. 160/0.17 机械筒长/盖玻片厚度
垂轴放大率与数值孔径的的匹配关系 f 一般而言， N . A.
o
金相显微镜
2.5 4 10 25 40 N . A. 0.07 0.10 0.25 0.40 0.65
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Δ
A” Fo’
Fe B’ B”
' -y′
A’
出瞳
Fe’
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二、 视场光阑的设置
在显微镜系统中存在着中间像，故可以在 物镜的实像平面上放置分划板—视场光阑。
入射窗与物镜物面重合，出射窗与像 面重合。该处设置视场光阑以消除渐 晕现象。
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§7-3 显微光学系统的分辨率
正弦差、轴向色差即可，但边缘像质较差。
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2.按数值孔径NA的大小由四种型式
• 1、双胶型 β=1~5x NA=0.1~0.15
2、李斯特型 β =8~20x NA=0.25~0.30
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3、阿米西型 β =25~40x NA=0.40~0.65
4、阿贝油浸型 β =90~100x ，A=1.25~1.40
第
七
章
显微光学系统
§7-1
•
显微镜的工作原理
对于工作在可见光波长范围的光学显微镜
一、分类
• 工具显微镜（主要应用于精密机构制造工业等方面进 行精密测量）；大工显，小工显，万工显，光学分度 头，双管显微镜，测长仪等。 • 生物显微镜（主要应用于生物学、医学、农学等）。
• 金相显微镜（主要应用于冶金和机械制造工业， 观察研究金相组织结构）。
焦距
应满足齐焦要求：调换物镜后，不需再调焦就能看到像。
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二、显微物镜的技术参数意义 数值孔径N.A.—— 最重要的技术性能参数；
垂轴放大率 —— 影响着系统的视觉放大率和物镜的焦距
工作距 ——β越高，工作距越短，如100倍物镜：～0.2mm。 机械筒长、盖玻片厚度—— 提示使用条件。 注意调焦方式
60 100 大致匹配关系 0.85 1.25
（油浸）
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N.A. n sin U
油
0.5 N . A.
电子显微镜用加速的电子束 代替光束，其波长约 0.1nm， 用它来观察分子结构。
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由于显微镜要求分辨率高，则数值孔径NA大，放大 率M要与之相适应，因而物镜的放大率也要相应匹 配，并在规定机械筒长下使用（例如，160mm）。 物镜的参数标明在外壳上。
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§7-6 目镜系统
一）、目镜的技术参数 焦距 —— 决定目镜放大能力，影响系统的视觉放大率； 工作距 —— 目镜第一面到分划板的距离。 镜目距 p’ —— 目镜最后一面到系统出瞳的距离，＞6mm。 相对镜目距 p’/f ’ —— 影响像差的大小。 视度调节范围 —— 允许目镜相对于分划板的移动量。
0.5 再代入 并取 555nm 523N. A. Γ 1046N. A. N . A. 有效放大率 近似写作： 500N. A. Γ 1000N. A. ★
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§7-4 显微镜的景深
影响显微镜景深的诸多因素 (1).几何景深：由于人眼分辨本领的限制，允许物点成像为 一定大小的弥散斑； (2).调节景深：由于人眼具有调节能力，使得一定纵深范围 内的物体可以被清晰观察； (3).物理景深：因衍射效应而形成的景深 * 1 62.5 N . A. (mm) 2 2 7 N . A.Γ l p Γ 2( N . A.) Γ 结论： l 几何 调节 物理 景深 景深 景深 例：N . A. 0.65， 0.55m，Γ 500，l 100mm 求得： 0.44m， 0.0025m， 0.65m
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三、显微镜的有效放大率
“有效放大率”的由来：
A”