显微镜技术基本原理

(一) 放 大 率
显微镜的放大率(amplification)或称放大倍数是 指显微镜经多次成像后最终所成(放大的)像的大小相 对于原物体大小的比值，常记作M。
M=maq
M是显微镜的总放大倍数；m是物镜的放大倍数；a是目镜的放大 倍率，一般表达为明视距离(正常视力者为25cm)与目镜焦距之比；q为 在双目显微镜中所增设的棱镜所起的放大倍数，一般取值为1.6倍。
（1）增大物镜的数值孔径 在物镜和盖玻片之间充以n 较大的油，
如香柏油n =1.52,不仅使n 增大，而且孔径 角也增大。
（2）用短波长的光照射 如紫外光显微镜，电子显微镜。
(四) 视 野
视野(visual field)又称视场 (field)，是指通过显微镜所能看到 标本所在空间的范围。
(五) 景 深 与 焦 长
如果离光轴越远处放大率越大，则像 的外部线段将比中间线段长，结果形成了枕 形畸变，这种畸变称为正畸变。
反之则形成边缘放大率小而近轴放大 率大的桶形畸变，称为负畸变 。
透镜的畸变
(二)、 色 差
色差(chromatic aberration )是一种由白光或 复色光经透镜成像时，会因各种色光存在着光程 差而造成颜色不同、位置不重合、大小不一致的 不同成像效果，从而造成像和物的较大失真。
一、光学显微wenku.baidu.com的工作原理 二、光学显微镜的基本结构 三、光学显微镜的性能参数 四、像差和色差 五、光学显微镜的不足之处
一、光学显微镜的工作原理
显微镜是由两组会聚透镜组成的光学折射成像系统。把 焦距较短、靠近观察物、成实像的透镜组称为物镜（object lens），而焦距较长，靠近眼睛、成虚像的透镜组称为目镜 （ocular lens）。被观察物体位于物镜的前方，被物镜作第 一级放大后成一倒立的实像，然后此实像再被目镜作第二级 放大， 得到最大放大效果的倒立的虚像，位于人眼的明视距 离处。
球差可以通过设置光阑而减 小。
透镜的球差
2．彗 差 (broom aberration)
近光轴外的点光源发出的光束，经过透 镜中央和边缘部分后在垂直于光轴的同一成 像平面上也不能交于同一个像点。离光轴越 近的像会聚越好，亮度越大，亮点越小。于 是在成像平面上便形成一个顶端小而亮，远 离光轴方向形成逐渐增宽且亮度减弱的模糊 尾部，形如彗星，称为彗差。
光学显微镜的工作原理图
二、光学显微镜的基本结构
① 机械部分：镜座、 镜柱、镜臂、镜筒、调焦装 置、载物台（物镜转换器）
② 光学部分：目镜、 物镜、反光镜、聚光镜 放大倍数：
目镜的放大倍数×物镜的 放大倍数
三、光学显微镜的性能参数
(一) 放大率 (二)数值孔径 (三)分辨率 (四)视野 (五) 景深与焦长 (六)镜像亮度和清晰度 (七)工作距离
景深(depth of field)又称焦点深度， 是指在成一幅清晰像的前提下，像平面 不变，景物沿光轴前后移动的距离称 “景深”。
景物不动，像平面沿光轴前后移动 的距离称“焦长”。
(六) 镜 像 亮 度 和 清 晰 度
镜像亮度即显微镜的图像亮度的简称。 高倍率工作条件下的暗场、偏光、摄影显 微镜等都需要足够的亮度，与照明及物镜 的性能参数相关。
镜像清晰度是指图像的轮廓清晰、衬 度适中的程度。
(七) 工 作 距 离
工作距离是指从物镜前表面中心到被观察标本 间满足工作要求的距离范围，与物镜的数值孔径成 反比。
一般情况下，物镜的数值孔径赿大，其工作距 离赿小。
四、像 差 和 色 差
(一)、像差 1．球差( spheric aberration ) 2．彗差(broom aberration) 3．像散(astigmatism) 4．场曲 5．畸变(distortion)
透镜的彗差
光轴
透镜
3．像 散 (astigmatism)
远离光轴的物点发出的光，即使是以 细光束成像也不可能会聚于一点，而是在 像空间不同的成像面上或者成椭圆弥散斑， 或者在特殊位置形成圆形弥散斑，甚至是 形成两个垂直方向上的短亮线，这种成像 缺陷称为像散。
一般来说，透镜像散随透镜形状、光 阑位置而异，可以用正、负透镜适当组合 而消除。
NA=nsinβ
低数值孔径 干物镜
较高数值孔径 干物镜
油
油
最高数值孔径 油浸物镜
(三) 分 辨 率
• 分辨率：显微镜的最重要参数，能够区 分开两个质点的最小距离。
0.61λ D= N•sinα/2
D：分 辨 率 λ ：光波的波长 N：介质折射率 α ：物镜镜口角
N与D成反比 ，λ与D成正比
提高显微镜分辨率的方法
教学基本要求
掌握常 用显微 镜的结 构及性 能特点
熟悉显微 技术的基 础理论， 显微镜的 应用
了解显微 镜的维护， 显微技术 的进展
内容提要
第一节 光学显微镜 第二节 光学显微镜的分类及其应用 第三节 电子显微镜 第四节 显微镜的维护、常见故障及排除 第五节 显微摄影术
第一节 光 学 显 微 镜
(二)、色差
(一)、像 差 (aberration)
像差是指透镜所成的像与理想像 在形状、颜色等方面存在差异。
1．球 差 ( spheric aberration )
光轴上的点光源所发出的光 锥入射到透镜的球折射面时，由 于通过透镜边缘的光线不满足近 轴光线的条件，因此不能和通过 近轴曲面的光线会聚成一个理想 的亮点，而是形成一个中间亮边 缘逐渐模糊的弥散斑，这就是透 镜的球面像差，简称为球差。
透镜的像散
物镜
垂直 焦平面
水平 焦平面
光轴
明晰圆
物点
4．场 曲
一个平面的物体通过透镜成像后，虽 然像平面上任意一点仍然是清晰的，但所 成的像不再是一个平面，而成了一弯曲的 面，这就是场曲。
5．畸 变 (distortion)
由于像平面上各处放大率不同引起的 成像缺陷称为畸变 。畸变的原因是由于透 镜边缘与透镜近轴的放大率不同而引起的。
(二) 数 值 孔 径
数值孔径(numerical aperture)又叫镜 口率，是物体与物镜间媒质的折射率n与物 镜孔径角的一半(β)正弦值的乘积，通常缩 写为NA，即
NA=nsinβ 显微镜的数值孔径与其放大率成正比， 与分辨率、景深成反比，它的平方与图像 亮度成正比。
(二) 数 值 孔 径