显微镜的光学描述

1、目录显微镜的光学、机械系统2一 显微镜的简介2二 显微镜的光学系统2（一） 物镜21、物镜的分类22、物镜的主要参数33、物镜的作用3（二）、目镜31、目镜的结构32、目镜的作用33、目镜与物镜的关系4三）、聚光器41、光镜的主要参数42、聚光镜的作用43、可变光阑4（四）照明光源41、天然光源52、人工光源5（五）滤光器5三 显微镜的机械系统5（一）底座7（二）镜臂7（三）镜简及齐焦7（四）物镜转换器8（五）调焦机构9显微镜的光学、机械系统一 显微镜的简介显微镜是用来看看太小或详细，被人眼看到的物体的工具。  “微”小“范围”是指看评价的目的，并在显微镜了这一点，使用灯光和放大镜。

2、 显微镜的最基本的和无处不在的版本是光学显微镜。 这是你在高中生物教室和科学项目的圣诞礼物中看到的显微镜。 这种显微镜使用的镜头和光放大赤裸裸的人眼观看的对象。 有两种类型：简单（一个镜头）和复合（多镜头）。 光学像差，包括在颜色折射的差异，使图像模糊观众。 更多的镜头，更多的图像清晰度。 从底部到顶部，有一个标准的生物显微镜的四个主要组成部分。 有一个光源，通常是一个灯泡，在显微镜的基础。 上面的光线，是一种透明的托盘对象被视为在于。 托盘上面是一个管内含有一个或多个镜头。 镜头在管的基础是所谓的物镜。 物镜（ES）以上目镜镜头，观众看起来通过图像。 有许多使用的其他类型，但是这是最常见的的

3、。 例如，电子显微镜可以看对象的细胞结构与磁铁弯曲电子光学显微镜弯与玻璃的光以同样的方式。 甚至有些使用的X射线。 二 显微镜的光学系统显微镜的光学系统主要包括物镜、目镜、反光镜和聚光器四个部件。广义的说也包括照明光源、滤光器、盖玻片和载玻片等。（一） 物镜物镜是决定显微镜性能的最重要部件，安装在物镜转换器上，接近被观察的物体，故叫做物镜或接物镜。1、物镜的分类 物镜根据使用条件的不同可分为干燥物镜和浸液物镜；其中浸液物镜又可分为水浸物镜和油浸物镜（常用放大倍数为90100倍）。根据放大倍数的不同可分为 低倍物镜（10倍以下）、中倍物镜（20倍左右）高倍物镜（4065倍）。根据像差矫正情况，分

4、为消色差物镜（常用，能矫正光谱中两种色光的色差的物镜）和复色差物镜（能矫正光谱中三种色光的色差的物镜，价格贵，使用少）。（所谓象差是指所成的像与原物在形状上的差别；色差是指所成的像与原物在颜色上的差别）消除色差（当不同波长的光线通过透镜的时候，它们折射的方向略有不同，这导致了成像质量的下降）2、物镜的主要参数物镜主要参数包括：放大倍数、数值孔径和工作距离。、放大倍数是指眼睛看到像的大小与对应标本大小的比值。它指的是长度的比值而不是面积的比值。例：放大倍数为100×，指的是长度是1m的标本，放大后像的长度是100m，要是以面积计算，则放大了10,000倍。显微镜的总放大倍数等于物镜和目

5、镜放大倍数的乘积。、数值孔径也叫镜口率，简写NA 或A，是物镜和聚光器的主要参数，与显微镜的分辨力成正比。干燥物镜的数值孔径为0.05-0.95，油浸物镜（香柏油）的数值孔径为1.25。、工作距离是指当所观察的标本最清楚时物镜的前端透镜下面到标本的盖玻片上面的距离。物镜的工作距离与物镜的焦距有关，物镜的焦距越长，放大倍数越低，其工作距离越长。3、物镜的作用是将标本作第一次放大，它是决定显微镜性能的最重要的部件分辨力的高低。分辨力也叫分辨率或分辨本领。分辨力的大小是用分辨距离（所能分辨开的两个物点间的最小距离）的数值来表示的。在明视距离（25cm）之处，正常人眼所能看清相距0.073mm的两个物

6、点，这个0.073mm的数值，即为正常人眼的分辨距离。（二）、目镜因为它靠近观察者的眼睛，因此也叫接目镜。安装在镜筒的上端。1、目镜的结构通常目镜由上下两组透镜组成，上面的透镜叫做接目透镜，下面的透镜叫做会聚透镜或场镜。上下透镜之间或场镜下面装有一个光阑（它的大小决定了视场的大小），因为标本正好在光阑面上成像，可在这个光阑上粘一小段毛发作为指针，用来指示某个特点的目标。也可在其上面放置目镜测微尺，用来测量所观察标本的大小。目镜的长度越短，放大倍数越大（因目镜的放大倍数与目镜的焦距成反比）。2、目镜的作用是将已被物镜放大的，分辨清晰的实像进一步放大，达到人眼能容易分辨清楚的程度。常用目镜的放大倍

7、数为516倍。3、目镜与物镜的关系物镜已经分辨清楚的细微结构，假如没有经过目镜的再放大，达不到人眼所能分辨的大小，那就看不清楚；但物镜所不能分辨的细微结构，虽然经过高倍目镜的再放大，也还是看不清楚，所以目镜只能起放大作用，不会提高显微镜的分辨率。有时虽然物镜能分辨开两个靠得很近的物点，但由于这两个物点的像的距离小于眼睛的分辨距离，还是无法看清。所以，目镜和物镜即相互联系，又彼此制约。三）、聚光器聚光器也叫集光器。位于标本下方的聚光器支架上。它主要由聚光镜和可变光阑组成。其中，聚光镜可分为明视场聚光镜（普通显微镜配置）和暗视场聚光镜。1、光镜的主要参数数值孔径（NA ）是聚光镜的主要参数，最大数

8、值孔径一般是1.21.4，数值孔径有一定的可变范围，通常刻在上方透镜边框上的数字是代表最大的数值孔径，通过调节下部可变光阑的开放程度，可得到此数字以下的各种不同的数值孔径，以适应不同物镜的需要。有的聚光镜由几组透镜组成，最上面的一组透镜可以卸掉或移出光路，使聚光镜的数值孔径变小，以适应低倍物镜观察时的照明。2、聚光镜的作用聚光镜的作用相当于凸透镜，起会聚光线的作用，以增强标本的照明。一般地把聚光镜的聚光焦点设计在它上端透镜平面上方约1.25mm处。（聚光焦点正在所要观察的标本上，载玻片的厚度为1.1mm左右）3、可变光阑可变光阑也叫光圈，位于聚光镜的下方，由十几张金属薄片组成，中心部分形成圆孔

9、。其作用是调节光强度和使聚光镜的数值孔径与物镜的数值孔径相适应。可变光阑开得越大，数值孔径越大（观察完毕后，应将光圈调至最大）。在可变光阑下面，还有一个圆形的滤光片托架。（四）反光镜反光镜是一个可以随意转动的双面镜，直径为50mm，一面为平面，一面为凹面，其作用是将从任何方向射来的光线经通光孔反射上来。平面镜反射光线的能力较弱，是在光线较强时使用，凹面镜反射光线的能力较强，是在光线较弱时使用。反光镜通常一面是平面镜，另一面是凹面镜，装在聚光器下面，可以在水平与垂直两个方向上任意旋转。反光镜的作用是使由光源发出的光线或天然光射向聚光器。当用聚光器时一般用平面镜，不用时用凹面镜；当光线强时用平面镜

10、，弱时用凹面镜。观察完毕后，应将反光镜垂直放置。（四）照明光源 显微镜的照明可以用天然光源或人工光源1、天然光源光线来自天空，最好是由白云反射来的。不可利用直接照来的太阳光。2、人工光源、对人工光源的基本要求：有足够的发光强度；光源发热不能过多。、常用的人工光源：显微镜灯；日光灯（五）滤光器安装在光源和聚光器之间。作用是让所选择的某一波段的光线通过，而吸收掉其他的光线，即为了改变光线的光谱成分或削弱光的强度。分为两大类：滤光片和液体滤光器。（七）盖玻片和载玻片盖玻片和载玻片的表面应相当平坦，无气泡，无划痕。最好选用无色，透明度好的，使用前应洗净。盖玻片的标准厚度是0.17±0.02m

11、m，如不用盖玻片或盖玻片厚度不合适，都回影响成像质量。载玻片的标准厚度是1.1±0.04mm，一般可用范围是11.2mm，若太厚会影响聚光器效能，太薄则容易破损三 显微镜的机械系统显微镜除光学系统（由目镜、物镜和照明系统组成）外还必须配以适当的机械部分才能正常工作。通常机械部分主要包括底座、镜臂、镜筒、物镜转换器、载物台和调焦机构。图315为双简目镜显微镜结构示意图。双简目镜显微镜是用一组复合棱镜把透过物镜后的光束分成强度相同的2束而形成2个中间像，分别再由左右目镜放大。图316给出其光学原理。来自物镜的光柬经半五角棱镜I折转90°进入半透复合棱镜II。复合棱镜II由大小两

12、个等腰直角棱镜胶合而成，胶合面上镀半透膜，恰好使入射光分成强度相等的2束光分别经棱镜III和IV形成分开的两平行光束调节III和IV的间距即可调节这两个平行光轴的距离。在两个平行光轴上形成的中间橡P1和P2是和目镜L1和L2共轴的。由于人的瞳间距一般在5375mm之间即两条平行光轴间距离也应在这个范围内可调。在目镜筒内，棱镜II是固定在中间的，棱镜III和IV安装在两块相对于II可左右滑动的滑板上，通过调整可以适应不同瞳孔距的观察者。其实光靠调节棱镜滑板使光轴间距和观察者的瞳间距相等还是不够的。只要分析一下当光轴间距离变动时对巾间像面P1和P2的影响就明白其中的道理了。假定双目镜筒等长，中间像

13、面跟目镜距离也相等，其条件必须是从棱镜I出来的光束经棱镜II和III及经棱镜II和IV的光程是相等的，显然满足这个条件的瞳间距是一个确定的值。那么当调节瞳间距即两个平行光轴间距时，P就会在一定范围内移动，如果目镜筒长是固定的没有对应于的可调节量，那么就会破坏显微镜的光学成像条件。为此在双筒目镜的镜筒上就需要设有筒长补偿机构。一般在门镜管上有刻度尺，只要选定和瞳间距滑板刻度数符合就可得到补偿了。先进的双目显微镜能够进行自动补偿，而且会考虑使用者两只眼睛屈光度的不同再进行屈光度调节。大部分显微镜对左侧目镜有±5屈光度的调节范围。使用时，先调节日镜筒上的光瞳间距（若需要还配合筒长补偿），使

14、两眼看到单一的像，再通过屈光度调节使两眼都能清晰地看到单一的像。目前，在双目显微镜中已有可以看到立体像的体现显微镜，能够获得更丰富的信息。（一）底座底座是显微镜的基础，它支持整个镜体保持显微镜在本同：作状态时的平衡。为此，底座必须有适当的形状、大小和质量c常用的底应形状以蹄形和矩形为多也有用圆形、椭圆形、丁字形和三角形的。底座的底面通常设计有3个凸台以便与工作台面保持良好的接触。整台显微镜的重心到底面的垂线座位于3个风台所构成的平面内。底座所用的材料以铸铁为多，以便使重心降低，机构稳定。底座也有用合金铝等材料制造的，其内部中空，用以安置变压器及控制部分的电子元件。这种结构比较紧凑，整机也很稳定

15、，是一种较好的设计形式。（二）镜臂对直简显微镜，镜臂通过倾轴与底座上的支架相连。照明光路、载物台、成像光路和调焦旋钮均安置于镜臂上。使用时，镜臂靠近操作者，载物台在镜臂前方。作长时期观测时，可使整个镜体倾斜此时显微镜的重心到底座的垂线应通过（或很接近）倾斜轴，以使显微镜处于稳定状态。弯把显微镜的镜臂与底座合成主体。成像光路、载物台、聚光镜和粗细调节旋钮安置于镜臂上，光源和下聚光镜则安置在底座内。这种结构安排使操作者可直接面对载物台（不被镜臂隔开），而镜臂不妨碍操作，工作面积更大。（三）镜简及齐焦镜筒的上端安置目镜，下端通过物镜转换器与物镜相连c若目镜借助于转像棱镜与水平面成一倾斜角，则该棱镜的

16、连接件也将安置于镜筒上。某些有摄影装置的显微镜，镜筒上带有分光器和摄影接筒以便与照相机相连。镜筒分光器上安装了共览装置可同时供5人观测，给教学及科研带来很大的方便。对直简显微镜而言，镜筒借助于燕尾导轨与镜臂相连，调焦时镜筒可上下移动，但不得晃动。移动时沿一直线上下，此直线与载物台面垂直，其误差不超过0.1°。为了使用上的方便，各个物镜与目镜应齐焦，且物镜的像平面应保持不变。为此必须设计合理的镜筒长并作相应规定才行，这就要引入机械筒长的概念。如图317所示，设物点A经物镜后成像在A点，此点也即目镜的物方焦点F2。为了能采用不同倍率的目镜，使高倍目镜（短焦距）也能顺利齐焦，将目镜物方焦点

17、即中间像位置，到目镜定位面距离c定为10mm。物镜定位面到物点A的距离为6，由于高、低倍物镜的工作距离及结构形式均不同，b值应合理选择。b太长，保持物镜内各透镜组光轴同心困难，将影响物镜质量。b太短，结构不易安排，且工作距离也小。一般认为，b45mm是个合理的值。我国规定，由物镜定位面至镜简上端面（目镜定位面）的距离lo160mm，该距离称为机械筒长。物镜定位面到中间像平面距离t1150mm。各国对机械筒长的规定不同，有160mm、170mm和190mm等几种。国际标准规定当机械筒长为160mm时，lo150±0.5mm、c10±0.3mm，b45mm，它的公差见表35。&

18、#160;必须指出。b的尺寸是物体无覆盖物时的距离,当盖玻片为017mm时b45.06mm；当物体覆盖15mm厚的加热台玻璃窗时，645.5mm。对某些带转像棱镜的生物显微镜而言，应考虑棱镜中的光程，使物镜的物像共轭距依然保持195mm，以满足机械筒长为160mm的要求。（四）物镜转换器使用显微镜时，常需要更换物镜和目镜，以改变倍率。目镜的更换较简单，只需从镜筒上抽出原目镜，另插入所需的目镜即可。但更换物镜必须旋动物镜螺纹不仅麻烦，也易碰伤物镜或标本。因此，目前的显微镜在镜筒下端都有物镜更换装置。物镜转换器是生物显微镜最常用的物镜更换装置。以定位结构分，物镜转换器可分为内定位式和外定位式两种，

19、它们都固定在镜筒下端。转动板可绕固定板上的轴旋转，其上开有3个以上的螺孔，用以安置物镜。普通型生物显微镜，它的物镜转换器以357孔居多。5孔或5孔以上的转换器大多用在高级型显微镜上。旋转动板时，物镜可一个接着一个由定位器定位在正常的丁作位置。内定位的物镜转换器，定位销固定于转动板上，定位簧片则固定在固定板上，外定位的物镜转换器，其转动板的圆周上有3个120°等分的凸缘，在凸缘上有定位槽，定位簧片则安装在固定板上，其上有定位珠。中档或高档显微镜的物镜转换器的结构属于内定位结构，由定位簧片及滚珠组成。旋转板边缘加工成凸槽，其内安置许多滚珠，使旋转板和固定座之间的相对运动为滚动。这种转换器

20、定位精度高，转动平稳，轻巧。不论哪种形式的物镜转换器，其精度都直接影响显微镜的成像质量。通常设计时应保证定位精度和齐焦精度。所谓定位精度是指不论哪个物镜在工作状态时，其光轴都与目镜光轴重合，此时不同物镜的视场中心保持不变。齐焦精度指的是当一个物镜在工作位置调焦清楚后，转换到其他物镜时，应在不重新调焦的情况下就能看到物像（要获得清晰像，允许作微量细调）（五）调焦机构为了获得清晰的物像必须调节物镜与被检物体之间的距离（渭之调焦）。调焦通常有两种方式：一种是被检物体（载物台）不动，利用物镜升降调焦；另一种是物镜不动，利用载物台升降调焦。显微镜通常装有粗动和微动两种调焦装置，利用粗动调焦很快获得物体的

21、影像3，再借助于微动调焦获得清晰像。粗动调焦机构是显微镜操作时快速调焦用的，无论是镜筒升降式、弯把升降式还是载物台升降式都是借助于齿轮和齿条啮合运动来实现的。机构采用燕尾导轨作精密导向。为了导向系统能作平稳而准确的直线运动燕尾通常采用耐磨性好的铜合金（或铝合，金），燕尽和燕尾槽作精密加工和装配，使两者配合平稳，没有松动。齿轮与齿条的啮合通过齿杆套的偏心调整，以使运动平稳并消除空程，如图318所示。微动装置应保证微动方向与粗动方向平行一致。某些场合下，微动作为读数用，故手轮的空程要小，转动角度和直线微动量应成正比。通常微动范围不应小于2mm。常用的微动装置有齿轮杠杆及螺旋杠杆式两种。齿轮杠杆式微

22、动机构的原理如图319所示，微动手朝与轴齿轮1相连转动手轮时，通过齿轮1，2，3，4，5侄扇形齿轮6摆动，借助于杠杆使顶杆7作上下运动。因顶杆离转轴很近，而扇形齿轮直径很大，形成较大的杠杆比，加之齿轮传动比很大（1：400以上），故微动手轮转动一较大角度时，顶杆只作很小的直线运动。顶杆上升时，顶起微动燕尾8，在燕尾上端有乐簧产生的压力通过顶杆使齿轮组保持单面啮合状态。因此，微动手轮稍有转动时，将使镜筒（或载物台）作相当灵敏的上下移动。这种微动机构传动比大，具有较高的微调精度，于轮读数格值可达0.002mm，但结构比较复杂。图320为螺旋杠杆式微动机构的结构示意图。手轮1和螺杆2连为一体，只能作

23、转动。在螺杆2上有一特殊形状的螺母3。4为杠杆，可绕轴5转动。6为顶杆，借助寸；压簧使微动燕尾与顶杆相连。旋转手轮时，螺母3做轴向移动，使杠杆4摆动，引起顶杆及微动燕尾作上下微动。螺旋杠杆微动装置结构简单，但精度较低，常用于初级生物显微镜中。在目前的中高档生物显微镜中，常采用同轴式粗、微动调焦装量，其结构如图321所示。粗动手轮2与微动手轮1安装在同一条轴线上。2为大手轮，分别安装在中间分离的轴齿套3上（该结构左右对称）c转动粗调手轮2时，轴齿套3和齿条5啮合运动，实现粗动调焦。微动手轮1较粗动手轮2稍小，与齿杆4相连，而齿杆4与一套微动机构相连（结构与齿轮杠杆式微动机械大体相似），以实现微调功能。载物台是供操作时安置被检物的平台，生物显微镜的