显微镜与望远镜的种类、用途、分辨本领、放大率

《显微镜与望远镜》

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显微镜

显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜：光学显微镜是在1590年由荷兰的杨森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。电子显微镜是在1926年，被汉斯·布什发明出来的。

显微镜的分类：

一、光学显微镜：是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体

放大1500倍，分辨的最小极限达0.2微米。光学显微镜的种类很多，除一般的外，主要有暗视野显微镜一种具有暗视野聚光镜，从而使照明的光束不从中央部分射入，而从四周射向标本的显微镜.荧光显微镜以紫外线为光源，使被照射的物体发出荧光的显微镜。结构为：目镜，镜筒，转换器，物镜，载物台，通光孔，遮光器，压片夹，反光镜，镜座，粗准焦螺旋，细准焦螺旋，镜臂，镜柱。

1、暗视野显微镜

暗视野显微镜由于不将透明光射入直接观察系统，无物体时，视野暗黑，不可能观察到任何物体，当有物体时，以物体衍射回的光与散射光等在暗的背景中明亮可见。在暗视野观察物体，照明光大部分被折回，由于物体(标本)所在的位置结构，厚度不同，光的散射性，折光等都有很大的变化。

2、相位差显微镜

相位差显微镜的结构：相位差显微镜，是应用相位差法的显微镜。因此，比通常的显微镜要增加下列附件：

(1) 装有相位板(相位环形板)的物镜，相位差物镜。

(2) 附有相位环(环形缝板)的聚光镜，相位差聚光镜。

(3) 单色滤光镜-(绿)。

各种元件的性能说明

(1) 相位板使直接光的相位移动90°，并且吸收减弱光的强度，在物镜后焦平面的适当位置装置相位板，相位板必须确保亮度，为使衍射光的影响少一些，相位板做成环形状。

(2) 相位环(环状光圈)是根据每种物镜的倍率，而有大小不同，可用转盘器更换。

(3) 单色滤光镜系用中心波长546nm(毫微米)的绿色滤光镜。通常是用单色滤光镜入观察。相位板用特定的波长，移动90°看直接光的相位。当需要特定波长时，必须选择适当的滤光镜，滤光镜插入后对比度就提高。此外，相位环形缝的中心，必须调整到正确方位后方能操作，对中望远镜就是起这个作用部件。

3、荧光显微镜

在萤光显微镜上，必须在标本的照明光中，选择出特定波长的激发光，以产生荧光，然后必须在激发光和荧光混合的光线中，单把荧光分离出来以供观察。因此，在选择特定波长中，滤光镜系统，成为极其重要的角色。

荧光显微镜原理：

(A) 光源：光源辐射出各种波长的光(以紫外至红外)。

(B) 激励滤光源：透过能使标本产生萤光的特定波长的光，同时阻挡对激发萤光无用的光。

(C) 荧光标本：一般用荧光色素染色。

(D) 阻挡滤光镜：阻挡掉没有被标本吸收的激发光有选择地透射荧光，在荧光中也有部分波长被选择透过。以紫外线为光源，使被照射的物体发出荧光的显微镜。电子显微镜是在1931年在德国柏林由克诺尔和哈罗斯卡首先装配完成的。这种显微镜用高速电子束代替光束。由于电子流的波长比光波短得多，所以电子显微镜的放大倍数可达80万倍，分辨的最小极限达0.2纳米。1963年开始使用的扫描电子显微镜更可使人看到物体表面的微小结构。

4、超声波显微镜

超声波扫描显微镜的特点在于能够精确的反映出声波和微小样品的弹性介质之间的相互作用，并对从样品内部反馈回来的信号进行分析！图像上（C-Scan）的每一个象素对应着从样品内某一特定深度的一个二维空间坐标点上的信号反馈，具有良好聚焦功能的Z.A传感器同时能够发射和接收声波信号。一副完整的图像就是这样逐点逐行对样品扫描而成的。反射回来的超声波被附加了一个正的或负的振幅，这样就可以用信号传输的时间反映样品的深度。用户屏幕上的数字波形展示出接收到的反馈信息（A-Scan）。设置相应的门电路，用这种定量的时间差测量（反馈时间显示），就可以选择您所要观察的样品深度。

5、解剖显微镜

解剖显微镜，又被称为实体显微镜、体视显微镜或立体显微镜，是为了不同的工作需求所设计的显微镜。利用解剖显微镜观察时，进入两眼的光各来自一个独立的路径，这两个路径只夹一个小小的角度，因此在观察时，样品可以呈现立体的样貌。解剖显微镜的光路设计有两种：The Greenough Concept和The Telescope Concept。解剖显微镜常常用在一些固体样本的表面观察，或是解剖、钟表制作和小电路板检查等工作上。

6、共聚焦显微镜

从一个点光源发射的探测光通过透镜聚焦到被观测物体上，如果物体恰在焦点上，那么反射光通过原透镜应当汇聚回到光源，这就是所谓的共聚焦，简称共焦。激光扫描共聚焦显微镜[Confocal Laser Scanning Microscope(CLSM或LSCM)]在反射光的光路上加上了一块半反半透镜(dichroic mirror)，将已经通过透镜的反射光折向其它方向，在其焦点上有一个带有针孔(Pinhole)，小孔就位于焦点处，挡板后面是一个光电倍增管(photomultiplier tube，PMT)。可以想像，探测光焦点前后的反射光通过这一套共焦系统，必不能聚焦到小孔上，会被挡板挡住。于是光度计测量的就是焦点处的反射光强度。其意义是：通过移动透镜系统可以对一个半透明的物体进行三维扫描。

7、金相显微镜

金相显微镜主要用于鉴定和分析金属内部结构组织，它是金属学研究金相的重要仪器，是工业部门鉴定产品质量的关键设备，该仪器配用摄像装置，可摄取金相图谱，并对图谱进行测量分析，对图象进行编辑、输出、存储、管理等功能。国内厂家较多，历史悠久。

二、电子显微镜：现在电子显微镜最大放大倍率超过1500万倍，而光学显微镜的

最大放大倍率约为2000倍，所以通过电子显微镜就能直接观察到某些重金属的原子和晶体中排列整齐的原子点阵。电子显微镜的分辨本领虽已远胜于光学显微镜，但电子显微镜因需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤。其他的问题，如电子枪亮度和电子透镜质量的提高等问题也有待继续研究。

场发射扫描电子显微镜

主要用途：该仪器具有超高分辨率，能做各种固态样品表面形貌的二次电子象、反射电子象观察及图像处理。具有高性能x射线能谱仪，能同时进行样品表层的微区点线面元素的定性、半定量及定量分析，具有形貌、化学组分综合分析能力。

仪器类别： 03040702 /仪器仪表/光学仪器 /电子光学及离子光学仪器

指标信息：二次电子象分辨率：1.5nm 加速电压：0～30kV 放大倍数：10-50万倍连续可调工作距离：5～35mm连续可调倾斜：-5°～45° x射线能谱仪：分辨率：133eV 分析范围：B-U

附件信息：镀金镀炭仪 ISIS图像处理系统背散射探头

场发射扫描电镜，由于分辨率高，为纳米材料的研究提供了可靠的实验手段。另外，对半导体材料和绝缘体，都能得到满意的图像，对超导薄膜，磁性材料，分子束外延生长的薄膜材料，半导体材料进行了形貌观察，并对多种材料进行了微区成份分析，均能得到满意的结果显微镜用途：

∙物质成分分析。

∙矿物质分析。

∙分子、中子、原子…等分析。

∙细胞、基因…等分析。

∙细菌、病毒分析。

∙金相分析

∙集成电路生产中各种检测。

∙电子器件检测，如晶振、连接器、液晶屏扽。

分辨本领：

它的观察对象是细小的近物，故通常以最小分辨距离δy m直接标志它的分辨本领。根据瑞利判据以及爱里斑的半角宽度公式，并考虑到显微镜工作在齐明点，可以导出显微镜的最小分辨距离公式为

式中n为物方折射率，u o为物光束的孔径角，λo为真空波长,乘积n sin u o称为数值孔径,用N.A.表示。作为一种数量级的估算，数值孔径最大不超过N.A.≈n≈1.5（油浸镜头），故δy m有个限度

δy m≥0.4λo,

在可见光波段, δy m≥0.2μm。为了充分发挥显微镜的分辨能力,应将δy m放大到足以使眼睛可分辨的距离δy e≈δθe×25cm≈0.075mm，由此估算光学显微镜的横向线放大率

v≈δy e/δy m≈400倍。当然过高的放大率也没有必要,此时仪器仍然无法分辨δy m以下的细节。这个与分辨本领相匹配的放大率称为显微镜的正常放大率或有效放大率。设计时一般选用放大率稍大于正常放大率，光学显微镜的放大率不超过1000倍。进一步提高显微镜分辨本领的惟一途径是缩短波长。近代电子显微镜利用电子束的波动性经“磁透镜”成像，电