光学显微分析技术PPT课件
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检测细微表面的高度差异， 线宽测量，体积、表面积 异物，杂质等的大小， 表面粗糙度分析
3. 三维形貌显微镜
12
激光共聚焦显微镜
（Laser scanning Confocal Microscopy ，简称LSCM）
激光扫描共聚焦显微镜是采用激光作为光源，在传 统光学显微镜基础上采用共轭聚焦原理和装置，并 利用计算机对所观察的对象进行数字图象处理的一 套观察、分析和输出系统。
光学显微分析技术
1
走进微观世界-显微镜
人眼的最小分辨角；1‘（1分） 在明视距离20cm处，能看到0.05mm (50µ m) 张角小于一度的物体，裸眼就难于观测--微观世界 走进微观世界的工具--显微镜 显微镜提供给观察者一个放大的象
2
光学显微分析的发展 15世纪中叶：放大镜（单式显微镜） 1590年荷兰Hans and Zacharias Janssen：复 式显微镜 17世纪中叶R. Hooke：设计第一台性能较好的 显微镜 Christiaan Huygens：惠更斯目镜 19世纪德国Ernst Abbe阐明光学显微镜成像原 理，光学显微镜分辨本领达0.2微米理论极限.
3
光学显微镜分类
——几何光学显微镜
生物显微镜、落射光显微镜、倒置显微镜、金相显微镜、 暗视野显微镜等。
——物理光学显微镜
相差显微镜、偏光显微镜、干涉显微镜、相差偏振光显 微镜、相差干涉显微镜、相差荧光显微镜等。
——信息转换显微镜
荧光显微镜、显微分光光度计、图像分析显微镜、声学 显微镜、照相显微镜、电视显微镜等。
主要系统包括激光光源、自动显微镜、扫描模块 （包括共聚焦光路通道和针孔、扫描镜、检测器）、 数字信号处理器、计算机以及图象输出设备（显示 器、彩色打印机）等。
通过激光扫描共聚焦显微镜，可以对观察样品进行 断层扫描和成像。因此，可以无损伤的观察和分析 细胞的三维空间结构。同时，通过激光扫描共聚焦 显微镜也是活细胞的动态观察、多重免疫荧光标记 和离子荧光标记观察的有力工具。
——特种光学显微镜
高温显微镜、近场光学显微镜等。
4
2.1几何光学显微镜
光学显微镜种类 新型光学显微镜
5
2.1-1 光学显微镜种类
光学金相显微镜是用于观察固体表面和内部组织 结构的重要光学仪器。
它是基于光线在均匀的介质中作直线传播，并在 两种不同介质的分界面上发生折射或反射等现象 构成的。
研究这些现象的理论称为几何光学。随着几何光 学和物理光学的发展，金相显微镜已日臻完善。
7
8
高温显微分析术
——包括真空高温台 及相应的物镜系统。
——真空高温台是 安放样品和进行加 热、冷却的装置。
——使用温度最高 可达1500℃
9
高温金相显微镜在检测分析中的应用
玻璃配合料高温熔融过程
10
显微摄影与图像分析技术
显微摄影：将显微镜目镜视域观察到的物相 形态及显微结构图像，利用专门的照相机或摄影 机拍摄纪录。显微摄影是显微结构分析中一项重 要技术。
提高分辨率的途径
源自文库
根据分辨率公式：
1、减小波长
r 0.61
N . A.
（1）使用短波长可见光，如蓝光DVD，紫外光刻 （2）使用物质波—电子显微镜
h
m0v
1
v2 c2
h m0v
h 2em0
1
12.25
(
0
A)
UU
22
2 增加数值孔径（N.A.）
高倍率油浸物镜
物空间填充高折射率的油，提高n值，通常NA大 于1。
利用图像分析技术分析各组成相的尺寸、形貌、 分布和光密度等结构数据，为光学显微分析提供 定量或定性数据。
11
激光共焦扫描显微镜
1. 高分辨率观察的显微镜
常规显微镜的分辨率，0.35μ m是极限， 激光共聚焦显微镜的分辨率为0.12μ m， 所以在亚微米级观察上可以代替电子显微镜。
2. 高精度表面形貌测量仪
普通光学显微镜的类型很多，常分台式、立式和 卧式三大类。
若按用途的不同来分，还有各类特种显微镜，如 偏光显微镜、相衬显微镜、干涉显微镜及高温、 低温金相显微镜等。目前新型的金相显微镜已趋 万能(多种用途)。
6
台式显微镜主要由一镜筒(包括上装目镜和下配物 镜)、镜体(包括座架和调焦装置)、光源系统(包括 光源、灯座及垂直照明器)和样品台四部分组成。 具有体积小、重量轻、携带方便等优点，多用钨 丝灯泡作光源，分直立式光程和倒立式光程两种。
远场与近场
近场区域：距物体表 面仅仅几个波长的区域。
远场区域：从近场区 域外至无穷远处。
24
2. 近场探测原理
非辐射场探测器
——位于距物体一个波长以内的位置上，在场传播以前 将其俘获。 ——探测器位于距离物体表面纳米尺度的位置上，既能 移动又不碰到样品。 ——使用点状探测器逐点成像：
固体浸没透镜（SIL）
选用高折射率材料，可以使NA大于2。分辨率可 以小于200nm。
物
23
光学显微分析技术的突破-近场扫描光学显微镜（SNOM）
( Near-field Scanning Optical Microscope )
1. 显微分析分辨率 仪器分辨两个物点
的本领。 分辨率极限:
对仪器可分辨的最临 近两个物点间的距离或角 度成为该仪器的分辨率极 限。
13
Laser Scanning Confocal Microscope
14
15
16
17
2.2 光学显微镜的极限
放大倍数足够就能观察到任何微小物体吗？
y0
u’
F’
F’
u
y’
透镜成象公式： 1 1 1 u u' f
放大率： M u' f u f u
当uf，M ，是否能看见任何微小的物？
18
成象系统的分辨率
由于衍射效应，任何一个“点”物，通过理想光 学系统所成象为一个弥散斑，其光强分布如图：
Normalized Intensity(a.u.)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-2
-1
0
1
2
Dimensionless distance
19
瑞利判据：当一个点物的象的最亮处与临近另一点物 的象的第一个零点重合时，此两点物的刚好分辨。称 此时的两点物间的距离为成象系统的分辨率。
Normalized Intensity(a.u.)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-3
-2
-1
0
1
2
3
Dimensionless distance
20
根据瑞利判据给出的分辨率公式: r 0.61
N . A.
N.A.为成象系统数值孔径: N.A. n sin( / 2)
n
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3. 三维形貌显微镜
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激光共聚焦显微镜
（Laser scanning Confocal Microscopy ，简称LSCM）
激光扫描共聚焦显微镜是采用激光作为光源，在传 统光学显微镜基础上采用共轭聚焦原理和装置，并 利用计算机对所观察的对象进行数字图象处理的一 套观察、分析和输出系统。
光学显微分析技术
1
走进微观世界-显微镜
人眼的最小分辨角；1‘（1分） 在明视距离20cm处，能看到0.05mm (50µ m) 张角小于一度的物体，裸眼就难于观测--微观世界 走进微观世界的工具--显微镜 显微镜提供给观察者一个放大的象
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光学显微分析的发展 15世纪中叶：放大镜（单式显微镜） 1590年荷兰Hans and Zacharias Janssen：复 式显微镜 17世纪中叶R. Hooke：设计第一台性能较好的 显微镜 Christiaan Huygens：惠更斯目镜 19世纪德国Ernst Abbe阐明光学显微镜成像原 理，光学显微镜分辨本领达0.2微米理论极限.
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光学显微镜分类
——几何光学显微镜
生物显微镜、落射光显微镜、倒置显微镜、金相显微镜、 暗视野显微镜等。
——物理光学显微镜
相差显微镜、偏光显微镜、干涉显微镜、相差偏振光显 微镜、相差干涉显微镜、相差荧光显微镜等。
——信息转换显微镜
荧光显微镜、显微分光光度计、图像分析显微镜、声学 显微镜、照相显微镜、电视显微镜等。
主要系统包括激光光源、自动显微镜、扫描模块 （包括共聚焦光路通道和针孔、扫描镜、检测器）、 数字信号处理器、计算机以及图象输出设备（显示 器、彩色打印机）等。
通过激光扫描共聚焦显微镜，可以对观察样品进行 断层扫描和成像。因此，可以无损伤的观察和分析 细胞的三维空间结构。同时，通过激光扫描共聚焦 显微镜也是活细胞的动态观察、多重免疫荧光标记 和离子荧光标记观察的有力工具。
——特种光学显微镜
高温显微镜、近场光学显微镜等。
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2.1几何光学显微镜
光学显微镜种类 新型光学显微镜
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2.1-1 光学显微镜种类
光学金相显微镜是用于观察固体表面和内部组织 结构的重要光学仪器。
它是基于光线在均匀的介质中作直线传播，并在 两种不同介质的分界面上发生折射或反射等现象 构成的。
研究这些现象的理论称为几何光学。随着几何光 学和物理光学的发展，金相显微镜已日臻完善。
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高温显微分析术
——包括真空高温台 及相应的物镜系统。
——真空高温台是 安放样品和进行加 热、冷却的装置。
——使用温度最高 可达1500℃
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高温金相显微镜在检测分析中的应用
玻璃配合料高温熔融过程
10
显微摄影与图像分析技术
显微摄影：将显微镜目镜视域观察到的物相 形态及显微结构图像，利用专门的照相机或摄影 机拍摄纪录。显微摄影是显微结构分析中一项重 要技术。
提高分辨率的途径
源自文库
根据分辨率公式：
1、减小波长
r 0.61
N . A.
（1）使用短波长可见光，如蓝光DVD，紫外光刻 （2）使用物质波—电子显微镜
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m0v
1
v2 c2
h m0v
h 2em0
1
12.25
(
0
A)
UU
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2 增加数值孔径（N.A.）
高倍率油浸物镜
物空间填充高折射率的油，提高n值，通常NA大 于1。
利用图像分析技术分析各组成相的尺寸、形貌、 分布和光密度等结构数据，为光学显微分析提供 定量或定性数据。
11
激光共焦扫描显微镜
1. 高分辨率观察的显微镜
常规显微镜的分辨率，0.35μ m是极限， 激光共聚焦显微镜的分辨率为0.12μ m， 所以在亚微米级观察上可以代替电子显微镜。
2. 高精度表面形貌测量仪
普通光学显微镜的类型很多，常分台式、立式和 卧式三大类。
若按用途的不同来分，还有各类特种显微镜，如 偏光显微镜、相衬显微镜、干涉显微镜及高温、 低温金相显微镜等。目前新型的金相显微镜已趋 万能(多种用途)。
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台式显微镜主要由一镜筒(包括上装目镜和下配物 镜)、镜体(包括座架和调焦装置)、光源系统(包括 光源、灯座及垂直照明器)和样品台四部分组成。 具有体积小、重量轻、携带方便等优点，多用钨 丝灯泡作光源，分直立式光程和倒立式光程两种。
远场与近场
近场区域：距物体表 面仅仅几个波长的区域。
远场区域：从近场区 域外至无穷远处。
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2. 近场探测原理
非辐射场探测器
——位于距物体一个波长以内的位置上，在场传播以前 将其俘获。 ——探测器位于距离物体表面纳米尺度的位置上，既能 移动又不碰到样品。 ——使用点状探测器逐点成像：
固体浸没透镜（SIL）
选用高折射率材料，可以使NA大于2。分辨率可 以小于200nm。
物
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光学显微分析技术的突破-近场扫描光学显微镜（SNOM）
( Near-field Scanning Optical Microscope )
1. 显微分析分辨率 仪器分辨两个物点
的本领。 分辨率极限:
对仪器可分辨的最临 近两个物点间的距离或角 度成为该仪器的分辨率极 限。
13
Laser Scanning Confocal Microscope
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15
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2.2 光学显微镜的极限
放大倍数足够就能观察到任何微小物体吗？
y0
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F’
F’
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y’
透镜成象公式： 1 1 1 u u' f
放大率： M u' f u f u
当uf，M ，是否能看见任何微小的物？
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成象系统的分辨率
由于衍射效应，任何一个“点”物，通过理想光 学系统所成象为一个弥散斑，其光强分布如图：
Normalized Intensity(a.u.)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
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Dimensionless distance
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瑞利判据：当一个点物的象的最亮处与临近另一点物 的象的第一个零点重合时，此两点物的刚好分辨。称 此时的两点物间的距离为成象系统的分辨率。
Normalized Intensity(a.u.)
1.0
0.8
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Dimensionless distance
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根据瑞利判据给出的分辨率公式: r 0.61
N . A.
N.A.为成象系统数值孔径: N.A. n sin( / 2)
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