第01章 光学显微分析仪器

1、2022-3-24第一章第一章 光学显微分析仪器光学显微分析仪器2022-3-242022-3-24一、光学显微镜的发展史一、光学显微镜的发展史l公元前一世纪，人们发现用球形透明体观察微小物公元前一世纪，人们发现用球形透明体观察微小物体具有放大成像的特点；体具有放大成像的特点；l15世纪中叶：放大镜（凸透镜，单式显微镜）；世纪中叶：放大镜（凸透镜，单式显微镜）；l1595年荷兰的年荷兰的著名磨镜师著名磨镜师 詹森詹森 (Hans and Zacharias Janssen)父子：第一个简陋父子：第一个简陋 的复式显微镜；的复式显微镜；放大倍数放大倍数3-10倍倍2022-3-242022-3-

2、24l17世纪中叶世纪中叶R. Hooke：设计第一台性能较好的显微镜：设计第一台性能较好的显微镜1665） 一、光学显微镜的发展史一、光学显微镜的发展史2022-3-242022-3-24列文虎克和他的显微镜（约1680）以及一、光学显微镜的发展史一、光学显微镜的发展史2022-3-242022-3-24l1684年，荷兰物理学家年，荷兰物理学家 惠更斯设计并制造出双惠更斯设计并制造出双 透镜目镜透镜目镜惠更斯目镜惠更斯目镜， 是现代多种目镜的原型。是现代多种目镜的原型。l19世纪德国世纪德国Ernst Abbe 阐明光学显微镜成像原阐明光学显微镜成像原 理，光学显微镜分辨本理，光学显微镜分

3、辨本 领达领达200纳米理论极限。纳米理论极限。一、光学显微镜的发展史一、光学显微镜的发展史2022-3-242022-3-24二、光学显微镜的分类与组成二、光学显微镜的分类与组成 普通光学显微镜特种显微镜按用途分类偏光显微镜相衬显微镜干涉显微镜高温、低温显微镜声学显微镜近场光学显微镜台式光学显微镜立式光学显微镜卧式光学显微镜光学显微镜的分类光学显微镜的分类2022-3-242022-3-24二、光学显微镜的分类与构成二、光学显微镜的分类与构成光源系统光源系统（光源，灯座和（光源，灯座和 垂直照明器）垂直照明器）镜体镜体 （2 ，5， 6， 8 ，9）载物台载物台 （1）镜简组件镜简组件（目镜

4、（目镜A，物，物 镜镜 B，3）AB金相显微镜的构成金相显微镜的构成2022-3-242022-3-242022-3-242022-3-242022-3-242022-3-24三、金相显微镜成像原理三、金相显微镜成像原理l光学金相显微镜具有光学金相显微镜具有二级二级放大的功能：物体上放大的功能：物体上的结构细节经的结构细节经物镜一次物镜一次放大后再由目镜作第放大后再由目镜作第二二次次放大。放大。A AB B2022-3-242022-3-24 AB表示待放大的物体，它置表示待放大的物体，它置于物镜的一至二倍焦距之间于物镜的一至二倍焦距之间（f 1为物镜前焦距）。为物镜前焦距）。 经物镜放大后的

5、一次像经物镜放大后的一次像A?B?是是一个倒立放大的实像一个倒立放大的实像一次像一次像A?B?都应落在目镜的一倍都应落在目镜的一倍焦距（焦距（f 2）之内，它再经目镜放）之内，它再经目镜放大则成为一个正立的虚像大则成为一个正立的虚像A?B?。显微镜的总放大倍数是物镜和显微镜的总放大倍数是物镜和目镜放大倍数的乘积目镜放大倍数的乘积 光学金相显微镜成像原理图光学金相显微镜成像原理图三、金相显微镜成像原理三、金相显微镜成像原理2022-3-242022-3-24即即： f物 物镜的焦距，f目目镜的焦距；L显微镜的光学镜筒长度；D 明视距离（250mm）。 显微镜的主要放大倍数一般是通过物镜来保证，物

6、镜的最高放大倍数可达100倍，目镜的放大倍数可达25倍。在物镜和目镜的镜筒上，均标注有放大倍数，放大倍数常用符号“”表示，如100，200等。 目物目物fDfLMMM三、金相显微镜成像原理三、金相显微镜成像原理2022-3-242022-3-24四、透镜像差及校正四、透镜像差及校正l透镜在成像过程中，由于透镜本身物理条件的限制，透镜在成像过程中，由于透镜本身物理条件的限制，使像变形和像模糊不清，这种现象称为像差。使像变形和像模糊不清，这种现象称为像差。l像差分类：像差分类： 一、单色光成像时的像差，即一、单色光成像时的像差，即单色像差单色像差，包括，包括球球差、像散、慧差、像场弯曲和畸变差、像

7、散、慧差、像场弯曲和畸变； 二、多色光成像时，由于介质折射率随光的波长二、多色光成像时，由于介质折射率随光的波长不同而引起的像差，即不同而引起的像差，即色差色差，分为，分为位置（轴向）色位置（轴向）色差和放大率（横向）色差差和放大率（横向）色差。l影响金相显微镜成像质量的像差主要是影响金相显微镜成像质量的像差主要是球差、色差球差、色差和像场弯曲和像场弯曲。2022-3-242022-3-24四、透镜像差及校正四、透镜像差及校正1. 球差球差l由光轴上某一物点发出的单色由光轴上某一物点发出的单色光束经光学系统后，不同孔径光束经光学系统后，不同孔径角的各光线交光轴于不同位置，角的各光线交光轴于不同

8、位置，从而使轴上像点被一弥散光斑从而使轴上像点被一弥散光斑所代替，称光学系统对该物点所代替，称光学系统对该物点的成像有球差，即：的成像有球差，即： LA=S?- 。l若若为为正透镜，则正透镜，则LA 0； 若若为为负透镜负透镜，则，则LA 0。l校正：正负透镜适当组合。校正：正负透镜适当组合。S 球差球差 2022-3-242022-3-24四、透镜像差及校正四、透镜像差及校正2. 像散像散l影响因素：视场角、折射率、曲率影响因素：视场角、折射率、曲率l减小消除：正、负透镜组合减小消除：正、负透镜组合+光阑光阑非近轴点像散非近轴点像散2022-3-242022-3-24四、透镜像差及校正四、透

9、镜像差及校正3. 像场弯曲像场弯曲l偏离近轴光线所决定的像面的距离，就是像场弯曲，偏离近轴光线所决定的像面的距离，就是像场弯曲，取决于透镜的焦距与其折射率之间的关系。取决于透镜的焦距与其折射率之间的关系。l校正方法：校正方法：组合系统并适当选配透镜变距及其折组合系统并适当选配透镜变距及其折 射率。射率。2022-3-242022-3-24四、透镜像差及校正四、透镜像差及校正2022-3-242022-3-24四、透镜像差及校正四、透镜像差及校正4. 色差色差l光学材料对不同波长的光折射率不同，光轴光学材料对不同波长的光折射率不同，光轴上的物点发出的多色光经单透镜成像时模糊上的物点发出的多色光经

10、单透镜成像时模糊不清，这种色差称为不清，这种色差称为轴向轴向色差或色差或位置位置色差，色差，即即Lch= L?C - L?F 。位置色差位置色差2022-3-242022-3-24四、透镜像差及校正四、透镜像差及校正l色差校正方法：借助组合系统各组元色差校正方法：借助组合系统各组元焦距焦距与其与其 介质介质色散参数色散参数的恰当组合。的恰当组合。放大率色差放大率色差l当物体有一定的高度，当物体有一定的高度，还存在垂直轴向的色差，还存在垂直轴向的色差，称为称为放大率放大率色差色差 或或横向横向色差，即色差，即hch。2022-3-242022-3-24四、透镜像差及校正四、透镜像差及校正2022

11、-3-242022-3-24五、显微镜的性能参数五、显微镜的性能参数1. 物镜的数值孔径物镜的数值孔径 数值孔径大小表征了物镜的聚光能力，常用数值孔径大小表征了物镜的聚光能力，常用NA表示，表示，NA，聚光能力，聚光能力，鉴别能力，鉴别能力。 根据理论推导，根据理论推导，NA= n sinu, n为折射率，为折射率，u为孔径半角。为孔径半角。2. 物镜的鉴别率及显微镜的有效放大倍数物镜的鉴别率及显微镜的有效放大倍数 物镜的鉴别率是指物镜具有对两个物点清晰分辨的最物镜的鉴别率是指物镜具有对两个物点清晰分辨的最大能力，用两个物点能清晰分辨的最小距离大能力，用两个物点能清晰分辨的最小距离d的倒数表的

12、倒数表示。示。 d = /2NA, 为入射光的波长，为入射光的波长， 越小或越小或NA越大，物镜越大，物镜的分辨能力越高。的分辨能力越高。2022-3-242022-3-24六、显微镜的使用六、显微镜的使用（1）首先将显微镜的灯泡插头插在低压（）首先将显微镜的灯泡插头插在低压（6-8V）变）变压器上，再将变压器插头插在压器上，再将变压器插头插在220V的电源插座上，的电源插座上，千万不能直接将显微镜的灯泡插头直接插在千万不能直接将显微镜的灯泡插头直接插在220V的的电源插座上，否则会电源插座上，否则会烧坏烧坏灯泡。灯泡。 （2 2）根据放大倍数选用所需的物镜和目镜分别安）根据放大倍数选用所需的物镜和目镜分别安装在物镜座上及目镜筒内。装在物镜座上及目镜筒内。 （3 3）将试样放在载物台中心，试样观察表面应朝下。）将试样放在载物台中心，试样观察表面应朝下。 2022-3-242022-3-24（4）转动粗调焦手轮，降低载物台使试样观察表面）转动粗调焦手轮，降低载物台使试样观察表面