第七章显微光学系统)2概述
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。
【显微光学】显微镜光学原理及技术参数详解
显微镜光学原理及技术参数详解目录1 第一章：显微镜简史 (2)2 第二章显微镜的基本光学原理 (2)2.1 折射和折射率 (2)2.2 透镜的性能 (2)2.3 影响成像的关键因素—像差 (2)2.3.1 色差（Chromatic aberration） (3)2.3.2 球差(Spherical aberration) (3)2.3.3 慧差(Coma) (3)2.3.4 像散（Astigmatism） (3)2.3.5 场曲（Curvature of field） (4)2.3.6 畸变（Distortion） (4)2.4 显微镜的成像（几何成像）原理 (4)2.5 显微镜光学系统简介 (5)3 第三章显微镜的重要光学技术参数 (5)3.1 数值孔径 (6)3.2 分辨率 (6)3.3 放大率 (7)3.4 焦深 (7)3.5 视场直径（Field of view） (7)3.6 覆盖差 (8)3.7 工作距离 (8)4 第四章显微镜的光学附件 (8)4.1 物镜 (9)4.2 目镜 (11)4.3 聚光镜 (11)4.4 显微镜的照明装置 (12)4.5 显微镜的光轴调节 (13)5 第五章各种显微镜检术介绍 (14)5.1 金相显微镜 (14)5.2 偏光显微镜（Polarizing microscope ） (17)5.3 体视显微镜（Stereo microscope） (19)1第一章：显微镜简史随着科学技术的进步，人们越来越需要观察微观世界，显微镜正是这样的设备，它突破了人类的视觉极限，使之延伸到肉眼无法看清的细微结构。
显微镜是从十五世纪开始发展起来。
从简单的放大镜的基础上设计出来的单透镜显微镜，到1847年德国蔡司研制的结构复杂的复式显微镜，以及相差，荧光，偏光，显微观察方式的出现，使之更广范地应用于金属材料，生物学，化工等领域。
2第二章显微镜的基本光学原理2.1折射和折射率光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现像，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。
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。
工程光学第七章典型光学系统
①透射光亮视场照明。光通过透明物体产生亮视场。 ②反射光亮视场照明。对不透明的物体，从上面照射产生漫射或规 则的反射形成亮视场。 ③透射光暗视场照明。倾斜入射的照明光束在物体旁侧向通过，光 束通过物体结构的衍射、折射和反射，射向物镜，形成物体的像， 则获得暗视场。 ④反射光暗视场照明。在旁侧入射到物体上的照明光束经反射后在 物镜侧向通过，若无缺陷的放射镜作为物体，得到一均匀暗视2场2 。
距离
距离
R为远点视度，P为近点视度，单位为屈光度（D）=1/m。 医学上， 1D=100度。 随着年龄增大，肌肉调节能力下降，调节范围减小。
（二）眼的缺陷及校正
眼睛的远点在无限远或眼光学系统的后焦点在视网膜上，称
为正常眼。
正常眼观察近物时，物体距眼最适宜的距离是250mm，称
为明视距离M。
4
①近视眼 近视眼的网膜离水晶体太远或水晶体表面曲率太大，无限 远物点成像在网膜之前，远点在眼前有限远。 需配一负光角度凹面透镜，透镜的像方焦点与眼睛的远点 重合，这样，无限远物点就能成像在网膜上。
大小应与目 500tgw 6，8，11，16，22，32。 镜的视场角 250 D ②成实像的眼睛、摄影和投影系统。
f e
e
一致： e
2 y 5 0 0tg w e
5 0 0tg w
表明：在选定目镜后，显微镜的视觉放大率越大，其在物
空间的线视场越小。
18
三、显微镜的出瞳直径 普通显微镜，物镜框是孔径光阑。 复杂物镜，其最后镜组的镜框为孔径光阑。 测量用显微镜，物镜像方焦平面上设置专门的孔径光阑， 经目镜所成的像为出瞳（直径为D‘）。 则有： n ysinun ysinu nsinuyn sinu y n sinu fo
光学系统简介
• 激光束的发散角、束腰位置是由激光谐振腔 和激光束的模式决定的。热透镜效应可能会改变 激光谐振腔的腔形，因此发散角和束腰的位置也 要随着改变
• 2、激光束的聚焦与准直
• （1）聚焦：采用短焦距透镜
• （2）准直：激光准直系统多采用二次透镜 变换形式，第一次透镜变换用来压缩高斯 光束的束腰半径，用短焦距透镜；第二次 使用较大焦距的变换透镜，用来减小高斯 光束的发散角。
• 光纤的数值孔径NA：N An2n2 • NA是光纤的重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，
其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的 影响。CCITT（国际电报电话咨询委员会） 建议光纤的 NA取值范围为0.18～0.23，其对应的光纤端面接收角 θc=10°～13°。
• 2、梯度型光纤的传光原理
• 盲斑：神经纤维的出口，无感光细胞，不能产生视返觉回。
• （二） 人眼的视觉
• 人眼视网膜中有两种感光细胞：
• 一种是杆体细胞，灵敏度高，能感受弱光刺激， 但不能分辨颜色和视场中的细节；
• 另一种是锥体细胞，灵敏度低，只能感受较亮的 物体，但能很好的区分颜色，辨别细节。
• 正常颜色视觉的人，视网膜中央向外围部分过渡， 锥体细胞减少，杆体细胞增多，对颜色的分辨能 力逐渐减弱，直到颜色的感觉消失。
• 3、比较得出其中最小孔径角（物在无限远时为 孔径高度最小）所对应光阑像的物就是系统的孔 径光阑。
• 例：2.1P38
光学系统的孔径光阑是随着物体位置变化而改变的！！！
三、视场光阑
四、景深
• （二）焦深 • 理论上，物平面一定，像平面就应该确定，但
在实际光学系统中，当物是垂直于光轴的一个 平面时，接收器不仅在理想共轭像位置处可接 收到物体的像，而且在其附近都可接收到清晰 的像。 • 一个平面物体对应的是有着一定深度的清晰像 空间，把像空间的深度称为焦深。
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。
第七章显微光学系统)2教程
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
2018/11/5
N f e x (mm) N (折光度)— 适用的近、远视范围 1000
26
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。
2018/11/5
21
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。
2018/11/5 28
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。
光学显微镜的组成系统
光学显微镜的组成系统2018-08-02目录显微镜的组成系统 3.1、显微镜的构造3.2、光学系统3.3、光源系统3.4、照明装置3.5、成像系统3.6、光轴调节3.7、光学系统的清洁3.1、显微镜的构造显微系统的构造:普通光学显微镜•光学系统: 光学透镜、物镜、目镜•机械系统: 载物台及聚焦系统•光源系统: HAL、HBO•成像系统: CCD•根据对位置色差校正的程度，物镜可以分为：3.2、光学系统——物镜物镜英文标识色差球差场曲消色差物镜Achromat红、蓝波区校正黄、绿波区校正存在复消色差物镜Apochromat红、绿、蓝波区校正红、蓝波区校正存在半复消色差物镜Fluorite红、蓝波区校正红、蓝波区校正存在平场物镜Plan存在存在已校正平场消色差物镜Plan Achromat红、蓝波区校正黄、绿波区校正已校正平场半复消色差物镜Plan Fluorite红、蓝波区校正红、蓝波区校正已校正平场复消色差物镜Plan Apochromat红、绿、蓝波区校正红、蓝波区校正已校正红色字体的物镜表示蔡司已经不生产了A-plan: premi stra(只校正场曲) N –planPlan-AchPlan-NeoFluar（半消色差）Plan-ApoC-ApoFluar（专门做紫外和红外）3.2、光学系统——物镜物镜是显微镜最重要的光学部件，利用光线使被检物体第一次成像，直接关系和影响成像的质量和各项光学技术参数，是衡量一台显微镜质量的首要标准。
•（1）消色差物镜（Achromatic objective）: 这是常见的物镜，外壳上常有“Ach”字样。
这类物镜仅能校正轴上点的位置色差（红，蓝二色）和球差（黄绿光）以及消除近轴点慧差；不能校正其它色光的色差和球差，且场曲很大；最早的消色差物镜是由蔡司制造的。
•（2）复消色差物镜（Apochromatic objective）：复消色差物镜的结构复杂，透镜采用了特种玻璃或萤石等材料制作而成，物镜的外壳上标有“Apo” 字样，这种物镜不仅能校正红、绿、蓝三色光的色差，同时能校正红，蓝二色光的球差。
光学显微成像技术的原理和应用
光学显微成像技术的原理和应用随着科技的不断发展，显微镜成像技术日益成熟，其中光学显微成像技术更是被广泛应用于生物科学、医学、材料科学等领域，为研究与诊断提供了高质量的视觉数据。
本文将介绍光学显微成像技术的原理和应用。
一、光学显微成像技术的原理光学显微成像技术就是利用显微镜的放大能力和透镜的光学原理，将所观察的物体投射到显微镜的视网膜上，从而得到放大图像。
具体而言，光学显微成像技术包括两个重要组成部分：透镜和光源。
（一）透镜透镜是显微镜成像的核心组成部分，它的主要作用是让光线聚焦，形成清晰的放大图像。
常见的透镜有目镜、物镜和准直镜。
目镜是观察者直接用眼观察的透镜，它位于显微镜的顶端，其放大倍数通常为10倍，能够将物体放大10倍。
物镜是位于显微镜底部的透镜，能够将目标物体放大数十倍，从而形成一个清晰的放大图像。
常见的物镜有低倍物镜、高倍物镜和油浸物镜等。
另外，准直镜是调整光线方向的透镜，它能够使光线不偏不倚地穿过物镜和目镜。
（二）光源光源是显微成像的另一个重要组成部分，它的主要作用是照射物体，形成可见光，让目镜和物镜捕捉到光线并形成可见的放大图像。
常见的光源有白炽灯、白光LED和荧光灯等，其中，白光LED的使用最为广泛，因为它可以提供足够的光线，而不会对被观察的物体造成损伤。
二、光学显微成像技术的应用（一）生物医学光学显微成像技术在医学领域中的应用最为广泛。
在病理学和组织学方面，通过显微镜成像技术可以观察到组织结构、细胞器和细胞成分的显微结构，从而为医生提供诊断和治疗方案。
另外，在生物医学领域中，激光共聚焦显微镜技术（LCM）也得到了广泛应用，它可以扫描生物组织切片，帮助科学家分析样本中的一部分细胞，从而研究细胞的特性和功能。
（二）材料科学在材料科学领域中，光学显微成像技术也发挥着重要的作用。
例如，在材料表面缺陷检测方面，扫描电子显微镜（SEM）可以直观地观察到材料表面缺陷的情况。
而在材料内部检测方面，透射性电子显微镜（TEM）可以通过运用高能电子束穿透样品，实时监测材料内部成分。
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。
光学显微分析优秀课件(共27张精选PPT)
第2章光学显微分析
2.1材料形貌分析简介 2.2光学几个基本知识 2.3几种常用显微镜的工作原理 2.4光学显微分析的发展 2.5 显微镜的成像原理 2.6偏光显微镜
2.1材料形貌分析简介
物体的表面是物质存在的一种客观形式，固体从体相延伸到表面 ，最终在表面形成原子及其电子分布的终端，从而导致表面具有体
时用凹面
下偏光镜：将自然光转变为偏光
锁光圈：调节进光量的大小
聚光镜：将平行光线变为锥光 镜筒：可调节升降，上接目镜，下接物镜，镜
筒光学长度为物镜后焦到目镜前焦
目镜
上偏光镜：方向AA，垂直下偏光镜
勃氏镜：观察锥光时使用的放大系统
1.偏光显微镜的构造
透镜越小，镜头越长，放大倍数越大。 物物镜镜： 一般由1～5片透镜组成。
——特种光学显微镜 高温显微镜、近场光学显微镜等。
光学显微镜基本结构： 1. 照明灯(Lamp) 2. 聚光器(Condenser) 3. 载物台和切片夹 (Mechanical stage and specimen retainer) 4. 推进器(Mechanical stage adjustment knob) 5. 物镜(Objectives) 6. 粗细螺旋(Course and fine
放大倍数一般低倍4X，中倍10X-25X，高倍45X以上，油浸100X。
光孔角：前透镜最边缘的光线与前焦点所构成的角度
数值孔径：等于光孔角正弦乘介质折射率N。数值孔径越大，放大倍数越 高。同一放大倍数，数值孔径越大，分辨率越高
物镜的分辨率就是显微镜的分辨率，它取决于数值孔径的大小及所用光波的波长
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
光学显微镜的基础知识详细介绍
光学显微镜的基础知识详细介绍一、光学显微镜的结构典型的光学显微镜主要由以下几个部分组成：1.目镜和物镜：目镜是位于显微镜顶部的镜筒，用于放大目视到的物体。
物镜是位于显微镜底部的镜筒，放大样本的细节。
2.言镜：它是光学系统中的一个组件，用于聚焦光线。
3.显微镜台：位于显微镜底部，用于支撑样本。
4.光源：提供样本照明的光源，可以是白炽灯、LED等。
5.镜头：在样本和物镜之间，用于调节光线的透过率和方向。
二、光学显微镜的工作原理具体来说，光学显微镜的工作原理可以分为以下几步：1.光线入射：光线通过光源发出，并经过下面的镜片组。
2.聚焦：光线进一步被物镜折射，并在焦点处聚焦，形成实像。
3.放大：实像通过光学系统传递到目镜，通过放大镜片放大，使图像更清晰。
4.观察：放大的图像通过目镜，使眼睛能够看到样本的细节。
三、光学显微镜的操作方法为了正确使用光学显微镜1.调节目镜：将目镜向上或向下移动，直至适应眼睛的焦距。
通常有一个调焦轮来完成。
2.放置样本：将样本放置在显微镜台上，并使用夹子或夹具固定。
确保样本位于光源的中心，以获得最佳照明效果。
3.选择物镜：根据需要选择适当的物镜。
通常，较低的放大倍数适用于大范围观察，而较高的放大倍数适用于细节观察。
4.调焦：使用调焦轮或调焦杆将物镜向上或向下移动，直到图像清晰可见。
注意，当调焦时要小心，避免物镜与样本接触，以免损坏样本或物镜。
5.调光：根据需要调整光源的强度和方向。
可以使用光源附近的调光器或者调整物镜下的镜头来控制。
以上是光学显微镜的基础知识的详细介绍。
光学显微镜通过使用光学原理，能够放大样本并观察其细节。
了解光学显微镜的结构、工作原理和操作方法，将有助于我们更好地应用它来进行科学研究和学术工作。
光学显微镜技术知识点总结
光学显微镜技术知识点总结光学显微镜是一种利用光学原理来观察微小物体的仪器。
通过透射光和反射光的观察，可以放大对于人眼来说不可见的微小物体，以便进行观察和分析。
在生物学、医学、材料科学、化学等领域都有着重要的应用。
下面将对光学显微镜的相关知识进行总结。
1. 光学显微镜的工作原理光学显微镜是利用光学原理来观察微小物体的仪器。
其主要工作原理包括两个方面：放大和分辨。
首先是放大，即使微小物体在光学显微镜中被放大。
光学显微镜通过光学系统将物体投射到物镜上，经过物镜放大后进入目镜再放大，最终通过目镜形成一个虚像。
这样一次次放大，最终使得微小的物体在显微镜中呈现出清晰细节。
其次是分辨，光学显微镜分辨力的大小取决于光学系统的性能。
当两个微小物体距离足够近时，它们的像也会重叠在一起，无法区分。
通过改变显微镜的倍数、焦距等参数，可以提高光学显微镜的分辨力，使得更加微小的物体能够被清晰地观察到。
2. 光学显微镜的结构光学显微镜主要由以下几个部分组成：物镜、目镜、镜筒、载物平台、光源、调焦系统等。
物镜是光学显微镜的主要成像器件，它是显微镜最靠近样品的镜片。
物镜的主要作用是放大并成像，对于显微镜的放大倍数和分辨能力起着至关重要的作用。
目镜是显微镜的放大器，它起到放大物镜成像的作用，使其形成一个虚像。
通过观察目镜中的虚像，人们可以观察到被观察样品的细节。
镜筒是用来支撑目镜和物镜的部分，通常由金属或者塑料材料制成。
通过镜筒，物镜和目镜可以按照一定距离和角度进行固定，使得显微镜能够正常工作。
载物平台是用来支撑被观察样品的部分，通常由金属或者玻璃材料制成。
载物平台的位置可以通过显微镜的调焦系统来调整，使得样品能够处于适合观察的位置。
光源是用来提供光线的部分，通常包括反射光源和透射光源两种类型。
光源的光线是经过物镜成像后被目镜观察到的，因此对于显微镜的观察效果起着重要的作用。
调焦系统是用来调整物镜和目镜之间的距离，以便聚焦在被观察样品上。
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
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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%；
2018/7/25 12
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。
• 式中负号意义，当显微镜系统具有正物镜和正 目镜时（常用这种结构），则整个显微镜系统 给出倒像。
2018/7/25 7
• 根据组合光组的焦距公式可知，整个显微镜的总 焦距f’ 和物镜及目镜焦距之间符合以下关系：
f'
将其代入上式中，则有
f1' f 2 '
250 250 显微镜相当于 故 Γ f f f 一个放大镜！
B”
e
• 设物镜的焦距为f1′, 则物镜的放大率为
x' f1' f1'
其中 Δ= F’1F2 称为物镜和目镜的光学间隔。
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• 物镜的像被目镜放大，其放大率为
250 e f 2'
• 显微镜系统的总放大率 为
250 e f 1' f 2 '
Δ
A” Fo’
Fe B’ B”
' -y′
A’
出瞳
Fe’
2018/7/25
9
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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10
§7-3 显微光学系统的分辨率
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）。
B”
2.像A’B’又经目镜放大为虚像A”B” 后供眼睛观察。
5
2018/7/25
三、视角放大率
tg ' tg
y y f e 250 250 f e
y
B
Δ
A” Fo′ A’ Fe
A Fo
-y′
B’
'
Fe’
• 经过物镜和目镜的两次放 大，所以显微镜系统总的 放大率Γ为：
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。
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. ★
2018/7/25 16
§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
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
2018/7/25
恰可分辨
100% 75%
不可分辨
14
二、最小分辨距公式
0.61 0.61 n sin U max NA
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 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？
p
p
几何 调节 物理
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1.1m
要求物面非常平整！
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；
一、 显微镜的分辨率
显微镜的分辨率是指分辨细节的能力。通常以
刚能分辨的两物点之间的距离来表示的，称为 最小分辨距。
按衍射理论，无穷远自身发光的物点， 在焦平面上所成的像不是几何点，而是 一个由一系列光环组成的衍射图样。
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11
1.0
0.8
中央亮斑称为爱里斑， 爱里斑的半径：
0.6
0.4
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三、显微镜的有效放大率
“有效放大率”的由来：
A”
Γ
e
： 2 ~ 4
入瞳
B”
S
S tg S Γtg SΓ
： 2 ~ 4
250
SΓ / 250
2 0.00029 S SΓ / 250 4 0.00029 S