光学显微镜机械结构设计探讨

光学显微镜机械结构设计探讨

【摘要】由于人类肉眼的最佳解析力只能分辨相距0.2mm以上的两点，对于更微小的物体，便必须借助于显微镜，而光学显微镜更是应用作为广泛的显微镜种类之一。本文首先探讨了光学显微镜的基本知识，进而通过识别光学显微镜的类别，分别对其机械结构的设计进行了探讨，以期能够指导合理的应用。

【关键词】光学显微镜；机械结构；设计

一、光学显微镜的基本认识

（一）光学显微镜的原理

虽然显微镜种类繁多，但其呈像原理大致可以分为光学显微镜和电子显微镜两大类。显微镜的基本功能是放大影像及解析影像，光学显微镜可解析0.2μm大小的物质，可清楚看见病虫内外部构造、真菌形态、及细菌的大概的外形，而病毒颗粒则无法观察，需要用到电子显微镜。光学显微镜一般是由两组透镜及显微镜机械本体组成，主要是用来观察生物体的器官组织结构或生物细胞的内部构造。这种显微镜的两组透镜，一组是接近观察的标本的透镜，这被称为接物镜或简称为物镜，另一组是靠近眼睛称为接目镜或简称目镜。物镜位于物体标本上方而由上往下观察的为正置光学显微镜；物镜位于物体标本下方而由下往上观察的为倒置光学显微镜。

（二）光学显微镜的光学结构组成

一是物镜，其锁定于标本台上方的物镜转换器上。每一个物镜有固定的放大倍率、数值孔径与工作距离。数值孔径表示物镜捕捉光线的能力：数值越高，捕捉光线的能力越强，也即物镜的解像能力越好。工作距离指成像时物镜与标本表面的间距，物镜工作距离与其放大倍率有一定的关系。一般生物显微镜物镜的放大倍率介于2×-100×之间，40×-80×的称为高干镜头，90×-100×的称为油侵镜头。物镜外常刻有一行数字，如40/0.65/0.17，其意义分别为：放大倍率40×、数值孔径为0.65、盖玻片的最大容许厚度为0.17mm。

二是目镜，其位于镜筒顶端，进一步放大物镜的成像。最多使用的目镜放大倍率为10×，在个别场合，也有使用20×放大倍率的目镜。双目镜的显微镜瞳距应可以调整，是两目镜之间的间距与使用者眼睛瞳距相匹配，这样才能看到单一的视野和影像。肉眼与目镜距离应适当，才能看到镜头里的整个影像。

二、光学显微镜的类别与机械结构设计

（一）类别

实体显微镜与复式光学显微镜均属于光学显微镜。无论是何种显微镜，其主

要功能都在于将标本放大，并增加标本的明暗对比，利用可见光照射在试片表面造成局部散射或反射来形成不同的对比。复式光学显微镜与实体显微镜的最大差异在于复式光学显微镜观看所得的呈像与实体上下颠倒、左右相反，实体显微镜则并不这样。

实体显微镜不同于传统的复式光学显微镜，可看到被测物的二维放大影像，还能看到物体的深度。实体显微镜的特性为具有较长的工作距离，因此有利于各项物体外观观察的操作。而且实体显微镜利用倒像棱镜组使物镜的倒像反正，让使用者有实物观察的感觉。其景深较深，因为实体显微镜有三维的影像，然而相对地由于提升了观察物件的景深，导致解像率便无法太高。

复式光学显微镜又称双目式显微镜，即是传统的光学显微镜。其接物镜倍率较高，一般配有五个可更换接物镜（4×、10×、20×、40×、100×）。目镜倍率一般以10×最多，也可依需要更换成4×、15×或者20×。当光学显微镜的最佳解析度只有0.2?m时，理论上的最高放大倍率只有1000×，因为人类肉眼的鉴别率也仅有0.2mm。实际上光学显微镜通常最高放大倍率也就到1000×，且需要使用油镜观测。

（二）机械结构

就实体显微镜各部位的认识而言，基本由以下几个部分组成。

一是目镜：放大倍率一般为10×，有些的目镜上可进行视度调节，从未适用不用眼睛视力的使用者。二是镜筒：介于接目镜与接物镜之间，也可称为显微镜观察头。根据类别不同可分为有限远观察头和无限远观察头。三是物镜：有些机型接物镜倍率转换装置位于镜筒两侧，切换钮完成几种不同倍率物镜之间的切换。而有些机型接目镜倍率的调整则位于镜筒中轴，也就是物镜转换器，通过旋转物镜转换器，从而实现物镜不同倍率之间的切换。四是调焦装置：位于显微镜镜身两侧，此机械结构用来调节显微镜标本平台的升降，可以获得清晰地成像。五是镜柱：连接镜筒及镜座，并供握取显微镜。六是光源：位于镜座上，内设光源为钨丝灯，直接提供观察所需的光源，开关在电源线上。七是镜座：显微镜的最底部。其上有载物台，为一圆盘，有黑白两色，可依需要自行变换。

就复式光学显微镜各部位的认识而言，其基本涵盖如下内容。一是接目镜：放大倍率为10×（或有到15×），可因应各人的双眼距离来调整，内安装有目镜测微尺，有些另装有指针，装有目镜测微尺的接目镜上有调节论，可因应各人焦距来调整。二是镜筒：介于接目镜与接物镜之间。三是旋转盘：接于镜筒下方，通常有四个接孔，可接不同倍数的接物镜，本身可以旋转藉以更换?同倍数的接物镜。四是接物镜：可分4×、10×、40×、100×四种。五是载台：为放置标本玻片的平台，中央有一圆孔，可供光线通过。我们所使用的载物台为机械式载物台，上面有玻片夹及调节钮，可固定玻片及调整玻片位置。六是聚光器：位于载物台下方中央，由许多透镜组合而成，用以集合光线，使之投射于标本上。七是光圈（彩虹光圈）：连接于集光器下方，上有一支调整柄，可用以调整光圈孔径大小，以调整投射于标本上的光线强弱。八是光源：位于镜座上，内设光源为钨丝灯，

直接提供观察所需的光源。九是镜臂：连接镜筒及镜座，并供握取显微镜。十是调节论：位于镜柱两侧，可调整载物台的升降，以供对焦。依顺时钟方向（远离自己身体方向）旋转，则载物台上升，反之则下降。需注意的是，该方向有时依机型厂牌不同而有所差异，也有调节论是来升降调节镜筒，首次使用时可先缓慢旋转试试看即可确定）。最后是镜座：显微镜的最底部。其右侧有光源调整钮，可调整照明器内光源亮度；后方接有电源线，有时尚有光源开关。

参考文献

[1]山云霄.光学显微镜的数字化设计与开发[J].现代制造技术与装备，2009年第6期.

[2]陈琳.显微镜光学系统仿真设计[J].计算机与数字工程，2010年第1期.