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文档简介
1、第八章第八章 光学显微分析光学显微分析Optical microscopy analysisOptical microscopy analysis, OMOM 第一节第一节 显微镜的发展显微镜的发展 第二节第二节 显微镜的光学原理显微镜的光学原理 第三节第三节 显微镜的几个基本概念显微镜的几个基本概念 第四节第四节 显微镜的结构显微镜的结构 第五节第五节 偏光显微镜偏光显微镜第一节第一节 显微镜的发展史显微镜的发展史1665) 列文虎克和他的显微镜(约1680)18世纪单筒显微镜 18世纪双筒显微镜显微摄影显微摄影第二节第二节 显微镜显微镜的光学原理的光学原理2.2.1 1 折射折射 2.2.
2、2 2 凸透镜凸透镜的五种成象规律的五种成象规律(1) 物体 u2f ,像 2fvf 缩小缩小 倒立倒立 实像实像 (2)物体 u=2f , 像 v=2f 等大等大 倒立倒立 实像实像 (3)物体 2fuf 像 v2f 放大放大 倒立倒立 实像实像 (4)物体 u=f 不能成像不能成像; (5)物体 uu 放大放大 直立直立 虚像虚像 1、物体经物镜以后,形成一个倒立的放大的实像AB。 2、再经目镜放大为虚像AB后供眼睛观察。2.3 2.3 显微镜的成像原理显微镜的成像原理第三节第三节 显微镜的几个基本概念显微镜的几个基本概念 可见光频率范围:7.51014 - 3.91014Hz 真空中的波
3、长范围:390nm 760nm 相应光的颜色:紫、蓝、青、绿、黄、橙、红光源能发射光波的物体孔径角孔径角由物体上一点发出的进入物镜最边缘光线L和进入物镜中心光线之间的夹角。S1S2S1S2S1S2能分辨能分辨恰能分辨恰能分辨不能分辨不能分辨分辨率分辨率210r瑞利判据瑞利判据S1S2I对玻璃透镜,取最大孔径半角a = 7075在物方介质为油的情况下,n 1.5则其数值孔径n sina =1.25 1.35上式可简化为 :如果两个物点靠近,相应的两个Airy斑也逐渐重叠当斑中心间距等于Airy 斑半径时,人眼可以分辨。可见光的波长范围是390nm-760nm,nmr2000sin61. 00nr
4、 数值孔径数值孔径 NA = nsin 越短,NA越大,分辨率越高。在显微镜下所看到的物像和实际物体之间的大小比例。显微镜的放大主要由物镜物镜、镜筒长度镜筒长度、目镜目镜所决定。显微镜的总放大倍率显微镜的总放大倍率=目镜的放大倍率目镜的放大倍率物镜的放大倍率物镜的放大倍率放大率放大率像差像差根据像差产生的原因和条件,主要分为:根据像差产生的原因和条件,主要分为: 球差球差 球面像差(球差):当球面像差(球差):当透镜孔径较大时,由光轴上一物点发透镜孔径较大时,由光轴上一物点发出的光束经球面折射后不再交于一点的现象。出的光束经球面折射后不再交于一点的现象。球差的改进:球差可以通过设置光阑而减小。
5、球差的改进:球差可以通过设置光阑而减小。19彗差彗差彗形像差(彗差):彗形像差(彗差):轴外物点发轴外物点发出的宽阔光束,经透镜成像后,出的宽阔光束,经透镜成像后,不再交于一点,而是形成一种状不再交于一点,而是形成一种状如彗星的亮如彗星的亮斑。斑。离离光轴越近的像会聚越好,亮度光轴越近的像会聚越好,亮度越大,亮点越小。越大,亮点越小。20像散像散扭转透镜,使物光束在倾斜度扭转透镜,使物光束在倾斜度比较大的条件下入射,则产生比较大的条件下入射,则产生像散现象。像散现象。由于物点离主轴较远时,发出由于物点离主轴较远时,发出的光束经透镜折射后,不再交的光束经透镜折射后,不再交于一点,而是会聚在与画面
6、垂于一点,而是会聚在与画面垂直方向的前后两个位置上。直方向的前后两个位置上。透镜像散随透镜形状、光阑位透镜像散随透镜形状、光阑位置而异,可以用正、负透镜适置而异,可以用正、负透镜适当组合而消除。当组合而消除。21场曲场曲22畸变畸变畸变是由于透镜在成像过程中对较大的物体各处畸变是由于透镜在成像过程中对较大的物体各处的放大率不同而造成的像的形状改变。的放大率不同而造成的像的形状改变。正畸变负畸变色差色差色差校正 光轴上有一段距离范围内物体被看得清晰,位于显微镜焦点的上下很小的范围。焦点深度焦点深度 指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。 在物镜数值孔径一定的情况下,工作距离短孔径角则大。 数值
7、孔径大的高倍物镜,其工作距离小。 工作距离工作距离 组成光学放大系统照明系统机械和支架系统物镜光源折光镜聚光镜滤光片目镜第四节第四节 显微镜的结构显微镜的结构 光学显微镜基本结构光学显微镜基本结构:1. 照明灯照明灯(Lamp)2. 聚光器聚光器(Condenser)3. 载物台和切片夹载物台和切片夹(Mechanical stage and specimen retainer)4. 推进器推进器(Mechanical stage adjustment knob)5. 物镜物镜(Objectives)6. 粗细螺旋粗细螺旋(Course and fine focus knob)7. 目镜目镜(
8、Oculars)8. 照相机等接口照相机等接口(Connection to camera, etc.)物镜:光学显微镜成像系统中决定其分辨率或叫分辨本领的最关键部件。 物镜物镜放大倍数放大倍数镜镜口口率率镜筒长度镜筒长度盖玻盖玻片厚片厚度度光学放大系统物镜标识物镜标识 目镜的作用-把物镜放大的实象再放大一级,并把物象映入观察者的眼中。 显微镜的分辨率能力是由物镜的数值孔径所决定的,而目镜只是起放大作用。目镜目镜显微镜常用的目镜有:显微镜常用的目镜有: 惠更斯目镜、冉斯登目镜、惠更斯目镜、冉斯登目镜、补偿目镜、平场目镜、平场补偿补偿目镜、平场目镜、平场补偿目镜、广角目镜、摄影负目镜等。目镜、广角
9、目镜、摄影负目镜等。 聚光镜聚光镜聚光器又叫集光器。安装在镜台下面,它由聚光镜和可变光栏两个部件组成。聚光器的作用:会聚光线,用于照亮标本,其结构如图所示。聚光镜光栏作用: (1)改变聚光镜的数值孔径以便与物镜的数值孔径相匹配,可调整图象的分辨率和反差。 (2)辅助调整亮度。光学放大系统33反光镜反光镜反光镜又叫反射镜。安装在聚光器下面的镜臂反光镜又叫反射镜。安装在聚光器下面的镜臂上,它有二个反射面:一为平面,一为凹面。上,它有二个反射面:一为平面,一为凹面。可在水平和垂直两个方向上任意偏转。它的主可在水平和垂直两个方向上任意偏转。它的主要作用是改变光线的前进方向(凹面镜也有一要作用是改变光线
10、的前进方向(凹面镜也有一定的聚光作用),使光源发出的光线射向聚光定的聚光作用),使光源发出的光线射向聚光器。器。光学放大系统 第五节第五节 偏光显微镜偏光显微镜偏光显微镜:用于研究所谓透明与不透明各向异性材料(双折射的物质)的一种显微镜。自然光和偏振光自然光和偏振光cE EH H光波是横波,光波是横波,E E、HH、v v三者都是垂直的。可引起人的视三者都是垂直的。可引起人的视觉的只有觉的只有 E E 矢量,矢量,故称故称E E 矢量矢量为为光矢量。光矢量。偏振光偏振光偏振光:光波的光矢量在一个固定的平面内只沿着一个方向振动。播播传传方方向向振振动动面面面面向向播播动动振振方方传传自然光自然光
11、光矢量在各个方向上的强度都相同。线偏振光的获得线偏振光的获得线偏振光线偏振光1 1、用偏振片获得线偏振光、用偏振片获得线偏振光偏振化方向偏振化方向Z偏振片偏振片2 2、用双折射法获得偏振光、用双折射法获得偏振光O O光(寻常光)光(寻常光)遵守折射定律遵守折射定律e e光(非常光)光(非常光)不遵守折射定律不遵守折射定律ACBoeDeo尼克尔棱镜658.1on468.1en55.1n904868光轴光轴加拿大胶加拿大胶光e光o对于对于o光光nno产生全反射产生全反射对于对于e光光nne可以透过,则获得偏振光。可以透过,则获得偏振光。偏振光的类型及鉴别偏振光的类型及鉴别线偏振光线偏振光 当起偏镜位置固定,而转动检偏镜时,每转动360o,可以出现两次强光和两次消光现象。椭圆偏振光椭圆偏振光 当起偏镜位置固定,而转动检偏镜时,每转动360o,可以出现两次强光和两次弱光现象,不发生消光现象。圆偏振光圆偏振光 当起偏
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