医学物理学：第十一章几何光学

1、本章案例本章案例2:2:近视近视眼眼和远视眼和远视眼如何如何配镜配镜? ?本章案例本章案例1:1: 如何制作如何制作国际标准视力表国际标准视力表? ?本章案例本章案例3:3: 什么是电子显微镜什么是电子显微镜( (简称电镜简称电镜)?)? 为为何何电镜比光学显微镜能分辨更细小的物体电镜比光学显微镜能分辨更细小的物体? ?Geometrical opticsP.210 P.210 习题习题( (第第11-1111-11、11-1211-12、11-1311-13题除外题除外) )折射折射: :当光波从一介质入射到另一介质时，由于两介质当光波从一介质入射到另一介质时，由于两介质折射率折射率不同，使

2、出射光偏离入射方向的现象。不同，使出射光偏离入射方向的现象。折射定律折射定律: :2211sinsininin单球面：两种不同折射率的单球面：两种不同折射率的透明介质的分界面是球面的透明介质的分界面是球面的一部分一部分。空气空气玻璃玻璃C单球面折射是研究各种光学系统成像的基础。单球面折射是研究各种光学系统成像的基础。一、单球面折射一、单球面折射2i2i1i物点物点像点像点1n2n)(21nn 1n1 (空气空气)n2 (玻璃玻璃)点光源点光源OCrA像点像点I Ippi1i2主光轴主光轴近轴光线近轴光线设球面半径为设球面半径为r、物距为物距为p、像距为像距为p。顶点顶点球心球心P1.1.单球面

3、折射公式单球面折射公式( (设设: : n1 n2 ) )单球面折射公式：单球面折射公式：由折射定律由折射定律 得：得：2211inin1i2i)()(21nnpAPrAPpAPrnnpnpn1221)1221nnnn（( (公式公式推导推导) )o折射面折射面虚像虚像I实像实像I虚像虚像CII虚物虚物实像实像oCn2n1n1 n2单球面折射公式单球面折射公式符号规则：符号规则：实物距实物距p、实像距、实像距p取正值；取正值；虚物距虚物距p、虚像距、虚像距p取负值；取负值；凸球面对着入射光线凸球面对着入射光线, ,则则 r 取正值取正值; ;反之反之, ,r 取负值。取负值。p0Ip0Ir0r

4、0rnnpnpn1221（虚物特征：物点到折射面的（虚物特征：物点到折射面的方向与入射光线方向相反。）方向与入射光线方向相反。）折射面折射面p0op0p0o虚物虚物p0o例题例题11-111-1 某种液体某种液体( (n=1.3)=1.3)和和玻璃玻璃( (n=1.5)=1.5)的分界面是球的分界面是球面。在液体中有一物体放在球面的轴线上，离球面面。在液体中有一物体放在球面的轴线上，离球面40cm40cm处，处，并在球面前并在球面前32cm32cm处成一虚像。求球面的曲率半径，并指出哪处成一虚像。求球面的曲率半径，并指出哪一种媒质处于球面的凸侧。一种媒质处于球面的凸侧。解：解：0r3 . 15

5、 . 1325 . 1403 . 1r = -13.9cmrnnpnpn1221对折射面：对折射面：n1=1.3, n2=1.5, p=40cm, p=-32cm凹面对着入射光线。凹面对着入射光线。玻璃玻璃位于球面凸侧。位于球面凸侧。液体液体n=1.3=1.3玻璃玻璃n=1.5=1.540cm40cm液体液体n=1.3=1.3玻璃玻璃n=1.5=1.540cm32cmrnn12物理意义：描写单球面折射本领。物理意义：描写单球面折射本领。 越大，越大，折射面折射面折射本领越强。折射本领越强。单位：单位：（屈光度（屈光度D D）; ; r （米）（米） 1D=1001D=100度度( (眼镜眼镜)

6、 ):(1221知由rnnpnpn),prp不变时2.2.折射面的焦度折射面的焦度dioptric strength折射面的焦度折射面的焦度: :3.3.折射面的焦距折射面的焦距第一焦点第一焦点F1（物空间焦点）（物空间焦点） p= 第二焦距第二焦距 f2： p = F1f1F2f2第一焦距第一焦距 f1：第二焦点第二焦点F2 （像空间焦点）（像空间焦点）rnnnfp1211rnnnfp1222n1 n2 rnnpnpn1221f1 、f2为正时，为正时， F1、F2是实焦点，折射面有会聚作用。是实焦点，折射面有会聚作用。f1 、f2为负时，为负时， F1、F2是虚焦点，折射面有发散作用。是虚

7、焦点，折射面有发散作用。F1f1F2f2(n1 n2)-f1-f2n1n2n1n2F2F1实实焦焦点点虚虚焦焦点点(以凸球面为例以凸球面为例)由：由：rnnnf1211rnnnf1222和和(f1、f2、r 以米为单位以米为单位)4 4、折射面两焦距与焦度间的关系、折射面两焦距与焦度间的关系221112fnfnrnn1122121nnrpnnnrpn121pfpf(单球面折射单球面折射的的高斯公式高斯公式) )rnnpnpn1221得得: :二、共轴球面系统二、共轴球面系统p1p1p2p20p3p3虚物距虚物距 p40p4nnn0n0n0两个或两个以上折射面的曲率中心在同一条直线上所组成的系统

8、。两个或两个以上折射面的曲率中心在同一条直线上所组成的系统。 顺次成像法顺次成像法: : 在成像过程中，前一折射面所成的像，为相在成像过程中，前一折射面所成的像，为相邻的后一个折射面的物。邻的后一个折射面的物。1015 . 15 . 14011pP1=60cmrnnpnpn12121120cmp1=40cmOI1n=1.5p2=40cmI2p2p1 例题例题11-211-2一点光源放在玻璃球前一点光源放在玻璃球前40cm40cm处，已知玻璃处，已知玻璃球球(n=1.5)的直径为的直径为20cm20cm，求近轴光线通过玻璃球后所，求近轴光线通过玻璃球后所成像的位置。成像的位置。第二折射面，第二折

9、射面，n1=1.5, n2=1, p2=-(60-20)=-40cm, r =-10cm105 . 111405 . 12pp2=11.4cmrnnpnpn122221解：解：第一折射面，第一折射面，n1=1, n2=1.5, p1=40cm, r =10cmdppn0nn0)11(112100rrnnnpp12100)11(rrnnnf121)11)(1(rrnffpp111薄透镜成像公式：薄透镜成像公式：按共轴球面系统计算得：按共轴球面系统计算得：令令薄透镜的焦度：薄透镜的焦度：f1（当透镜两側介质相同（当透镜两側介质相同, ,且且n0=1时时, Thin lens( (仅仅讲讲“一一.

10、.薄透镜成像薄透镜成像公式公式”，其余，其余不讲不讲) )1r2r)外层外层: :角膜、巩膜。角膜、巩膜。中层中层: :包括虹膜、睫状体。包括虹膜、睫状体。内层内层: :视网膜。视网膜。 一、眼的光学结构一、眼的光学结构The eye生理结构：生理结构：光学结构：光学结构：古氏平均眼古氏平均眼: :共轴球面折射系统。共轴球面折射系统。 (1.406)(1.376)(1.336)(1.336)主光轴主光轴从几何光学的角度看，眼是由多种媒从几何光学的角度看，眼是由多种媒质质组成的组成的共轴球面系统，且物经这一共轴球面系统，且物经这一复杂系统折射后成像于视网膜上。古复杂系统折射后成像于视网膜上。古氏

11、计算了眼的光学系统参数，并提出氏计算了眼的光学系统参数，并提出了了古氏平均眼古氏平均眼模型模型。 人眼的晶状体是扁圆形的，可以看到更远处的东西；人眼的晶状体是扁圆形的，可以看到更远处的东西；而鱼眼的晶状体是圆球形，虽然只能看到比较近的物体，而鱼眼的晶状体是圆球形，虽然只能看到比较近的物体，却拥有更大的视角，也就是看得更加广阔。却拥有更大的视角，也就是看得更加广阔。鱼眼的结构鱼眼的结构简约眼简约眼: : 把眼睛简化为一个单球面把眼睛简化为一个单球面( (即角膜即角膜) )折射系统。折射系统。n=1.336mmnnrnf7 .221222mmnnrnf171211n2=1.336n1=1r =5.

12、7mm=5.7mmCf1=17mm17mm17mmF1F25.75.7mmmmmmf7 .222角膜角膜2 2、眼的调节、眼的调节Accommodation)11(rf)11(rf眼的调节：眼睛自动改变自身焦度眼的调节：眼睛自动改变自身焦度, ,使远近位置不同的物体使远近位置不同的物体都能清晰成像在视网膜上。眼的这种调节是通过改变都能清晰成像在视网膜上。眼的这种调节是通过改变晶状晶状体体曲率曲率半径半径来完成。来完成。晶状体晶状体眼睛对远物的调节：眼睛对远物的调节：晶状体变扁平而曲率晶状体变扁平而曲率半径变大半径变大, ,焦度变小。焦度变小。眼睛对近物的调节：眼睛对近物的调节：晶状体变凸而曲率

13、半晶状体变凸而曲率半径增小径增小, ,焦度变大。焦度变大。远点：远点：眼睛在完全不调节时所能看清物体的眼睛在完全不调节时所能看清物体的( (最远最远) )位置。位置。近点：近点：眼睛经过最大调节所能看清物体的眼睛经过最大调节所能看清物体的( (最近最近) )位置。位置。明视距离：明视距离：最适宜、不易引起眼睛过度疲劳的看物距离。最适宜、不易引起眼睛过度疲劳的看物距离。近点近点(10(1012cm)12cm)远点远点()（明视距离）（明视距离）25cm25cm眼睛调节的范围眼睛调节的范围The range of the accommodation眼睛调节的范围眼睛调节的范围: 近点近点-远点。远

14、点。3 3、视力、视力视角视角视角视角：从物体两端入射到眼中节点的光线所夹的角。从物体两端入射到眼中节点的光线所夹的角。眼节点眼节点( (国际国际) )视力视力= =1能分辨的最小1视角眼睛刚好能够分辨的两物点之间对眼睛所眼睛刚好能够分辨的两物点之间对眼睛所夹的角夹的角称为称为最小视角最小视角，则则：vision视力：视力：即即眼睛的分辨本领，眼睛的分辨本领，指眼睛能分辨两物点间指眼睛能分辨两物点间最短距离最短距离的能力。的能力。( (对数对数) )视力视力= 5-lg= 5-lg物体物体LhhLL=5=5米米眼眼h =?=?课后练习课后练习: :制作一国际视力表制作一国际视力表, ,视力为视

15、力为0.10.1、0.60.6、1.01.0、1.5;1.5;视力表的原理：视力表的原理： （以国际标准视力表中视力（以国际标准视力表中视力1.01.0为例）为例）h =1.5mm=1.5mm)(5 .1)(5180601mmm 5 5米处物体宽度米处物体宽度h = =1Lh110 . 1视力视力= =1视力视力= =视力表视力表视角(分）国际标准对数视力 10.0000.14.07.943 10 81 6985

16、001.05.00.793012.05.3国标国标对数对数测试者以准确分辨的最小一行视标的视力数值为最好视力测试者以准确分辨的最小一行视标的视力数值为最好视力. 检查视力检查视力: : 检查时，被检者坐在距视力表检查时，被检者坐在距视力表5 5的地方，国际标的地方，国际标准视力表准视力表1.01.0或对数视力表或对数视力表5.05.0与被检眼在同一水平，与被检眼在同一水平，双眼分别检查，先右后左，从上而下。受检者迅速说双眼分别检查，先右后左，从上而下。受检者迅速说出视标缺口方向，把说对的最小视标一行的字号作为出视标缺口方向，把说对的最小视标一行的字号作为

17、视力视力。正常人的视力为。正常人的视力为1.01.0或或5.05.0。 当视力低于当视力低于0.10.1时，可逐步走近视力表，按时，可逐步走近视力表，按0.10.1d/5d/5（d d为被检者看清该行时距视力表的距离）算为被检者看清该行时距视力表的距离）算出其视力。如在出其视力。如在3 3处以看清处以看清0.10.1时，则视力为时，则视力为0.060.06。根据近视度数分类：根据近视度数分类： 1.1.轻度近视轻度近视: -3.00D;: -6.00D: -6.00D。 二、眼的屈光不正及其矫正二、眼的屈光不正及其矫正正视眼正视眼远点：远点：近点近点:10:1012cm12cm非正视眼非正视眼

18、近视眼近视眼: :远视眼：远视眼：Defects of Vision远点近点都变近。远点近点都变近。近点变远。近点变远。成像：在视网膜后。成像：在视网膜后。成因：晶状体或角膜半径变大成因：晶状体或角膜半径变大 或眼轴过短，聚光能力减弱。或眼轴过短，聚光能力减弱。矫正矫正：凸透镜。凸透镜。成像：在视网膜前。成像：在视网膜前。成因：晶状体或角膜半径变小成因：晶状体或角膜半径变小 或眼轴过长，聚光能力增强。或眼轴过长，聚光能力增强。矫正矫正：凹透镜。凹透镜。散光眼散光眼近视眼近视眼 (short sight):(short sight):远视眼远视眼 (far sight):(far sight):

19、1. 1. 近视眼近视眼近视眼的配镜近视眼的配镜：凹透镜的作用是把无穷远处物体成像在凹透镜的作用是把无穷远处物体成像在近视近视眼眼远点处远点处, ,此时眼不用调节就可看清远物。此时眼不用调节就可看清远物。此时有：此时有：p =, p= 远点距离远点距离由透镜成像公式得：由透镜成像公式得： f = p 0 凹透镜焦度：凹透镜焦度： = 0 , 凸透镜片度数凸透镜片度数= +100（度）（度）物体物体25cm25cmppppf2. 2. 远视眼远视眼凸透镜凸透镜fpp111f1解：设眼镜的焦距为解：设眼镜的焦距为f，p =0.12m，p=-1.2m例题例题11-5 某远视眼患者的近点在眼前某远视眼

20、患者的近点在眼前1.2m处，若要处，若要看清眼前看清眼前12cm处的物体，问他应配戴多少度的眼镜？处的物体，问他应配戴多少度的眼镜？1110.121.2f 1117.5(D)0.121.2f 得：得：)(750 度由由该近视眼患者应配戴该近视眼患者应配戴750度的凸透镜。度的凸透镜。原因：原因：角膜曲面子午线的半径不相等，导致子午线角膜曲面子午线的半径不相等，导致子午线 方向上有不同的焦度，即形成非对称折射系统。方向上有不同的焦度，即形成非对称折射系统。矫正：矫正：配戴子午线方向上不同焦度的适当的柱面透镜。配戴子午线方向上不同焦度的适当的柱面透镜。ABCD若若ABCD, 则则 AB f2 、f

21、1)放大4倍显微镜的显微镜的放大率愈大，其放大率愈大，其分辨标本细节的能力分辨标本细节的能力愈愈强吗？强吗？ 光学仪器的光学仪器的圆孔衍射圆孔衍射现象限制了现象限制了光学系光学系统分辨物体统分辨物体细节的能力（即细节的能力（即分辨本领分辨本领）。）。两像点两像点( (中央亮斑中央亮斑称为艾里斑称为艾里斑) )AB物镜物镜两物点两物点相应两像点的重叠情况决定了两物点是否能被分辨。相应两像点的重叠情况决定了两物点是否能被分辨。 AB圆孔衍射圆孔衍射两像点怎样的重叠对应着两物点可以分辨和不能分辨呢？两像点怎样的重叠对应着两物点可以分辨和不能分辨呢？三、显微镜的分辨本领三、显微镜的分辨本领1.01.0

22、0.80.82能分辨能分辨不能分辨不能分辨刚能分辨刚能分辨P1P2P1P2P1P2ZD2显微镜的分辨距离：刚好能分辨的显微镜的分辨距离：刚好能分辨的两物点之间两物点之间的（最短）距离的（最短）距离Z。两物点两物点D22. 1sin衍射亮斑衍射亮斑物镜物镜两像点的重叠情况决定了相应两物点可以分辨和不能分辨。两像点的重叠情况决定了相应两物点可以分辨和不能分辨。瑞利判据：瑞利判据：当一个物点的衍射亮斑的第一暗环与另一个物点的当一个物点的衍射亮斑的第一暗环与另一个物点的衍射亮斑中央点重合时，就刚好能够分辨这两个物点衍射亮斑中央点重合时，就刚好能够分辨这两个物点。根据瑞利判据，显微镜的分辨距离为：根据瑞

23、利判据，显微镜的分辨距离为：ANnZ.61. 0sin61. 0物镜的数值孔径：物镜的数值孔径：sin. nN.A（推导略）（推导略）The Resolving Power of Microscopen物镜物镜光强度光强度Z标本标本n显微镜的分辨本领：显微镜的分辨本领：显微镜能分辨最短距离的能力。显微镜能分辨最短距离的能力。用用1/Z1/Z表示。表示。Z Z越小，越小，分辨本领分辨本领越高。越高。影响显微镜分辨本领的两个因数：影响显微镜分辨本领的两个因数： 和和 .N.A 适当适当数数值孔径的值孔径的望远镜恰望远镜恰能分辨靠能分辨靠得很近的得很近的四颗星星。四颗星星。 若将该望远若将该望远镜镜

24、数值数值孔径孔径限制更小，限制更小，则可能分辨则可能分辨不出这四颗不出这四颗星星。星星。分分 辨辨 星星 星星中美中美明年将在明年将在夏威夷夏威夷联手建造世界最大联手建造世界最大天文光学望远镜天文光学望远镜: :直径直径3030米米，可可捕捉到捕捉到130130亿光年外的宇宙景象亿光年外的宇宙景象，清晰度也是哈勃望远镜的十几倍清晰度也是哈勃望远镜的十几倍。目前目前世界最大世界最大射电射电望远镜望远镜（500500米米口径，贵州省，口径，贵州省，20162016年启用年启用）普通普通望远镜望远镜:0.08m:0.08m400400年前年前伽利略伽利略: :0.0440.044m m 哈勃哈勃太空

25、太空望远镜望远镜: :2.4m2.4m提高显微镜分辨本领的两个途径：提高显微镜分辨本领的两个途径：增大物镜的数值孔径增大物镜的数值孔径 N.A.采用油浸物镜：采用油浸物镜：N.A.（油油） N.A.（干干），且视场亮。，且视场亮。减小照射光的波长减小照射光的波长 照射标本的光源采用紫外光、电子射线照射标本的光源采用紫外光、电子射线( (即即电子显微镜电子显微镜) )等。等。盖玻片盖玻片（n=1.52） 空气空气（n=1）干物镜干物镜物镜物镜(n=1.52)油浸物镜油浸物镜油油（n=1.52）标本标本sin61. 0nZ 载物台载物台载物台载物台 美国科学家埃里克白兹格、威廉姆莫纳尔和德国科学家

26、斯特凡赫尔。他们在超分辨率荧光显微技术超分辨率荧光显微技术领域取得重大成就。 光学显微镜成像最高分辨率一直无法超过光波波长的一半（约300纳米），而借助单个荧光分子发光，他们使极限分辨率提高了20倍，拓展到了纳米尺度纳米尺度，为生命科学研究带来巨大变化。有趣的是，这三位诺奖得主都是三位诺奖得主都是物理学博士物理学博士，这次获奖是结合了物理学、光学技术和化学探针的跨界研究。 sin61. 0nZ 2014年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖一、特种显微镜一、特种显微镜偏光显微镜；超声显微镜；偏光显微镜；超声显微镜；电子显微镜电子显微镜: :透射电子显微镜透射电子显微镜 (1938(1938年年TEM)T

27、EM) 扫描电子显微镜扫描电子显微镜 (1952(1952年年SEM)SEM) 扫描隧道电子显微镜扫描隧道电子显微镜 (1983(1983年年STM)STM)激光扫描共聚焦显微镜激光扫描共聚焦显微镜(198(198年年S SM)M)由数万根玻璃纤维捆缚成束构成。由数万根玻璃纤维捆缚成束构成。其作用：把光导入器官其作用：把光导入器官内内, ,并把器官内壁的像导出体外。并把器官内壁的像导出体外。医学常用纤镜：医学常用纤镜：支气管镜、食道镜、支气管镜、食道镜、胃镜、膀胱镜等。胃镜、膀胱镜等。用电子束代替光源：用电子束代替光源：在在10KV10KV加速电压之下，加速电压之下，电子波长仅为电子波长仅为0

28、.012nm.0.012nm.二、纤镜二、纤镜: : 用于检测具有用于检测具有双折射性双折射性的物质，如的物质，如纤维丝、纺锤体、胶原、染色体等等。纤维丝、纺锤体、胶原、染色体等等。 偏光显微镜（偏光显微镜（polarizing microscopepolarizing microscope）用偏光显微镜用偏光显微镜用普通光学显微镜用普通光学显微镜 (1) (1)透射电子显微镜透射电子显微镜 (1938(1938年年TEM)TEM) (2) (2)扫描电子显微镜扫描电子显微镜 (1952(1952年年SEM)SEM) 扫描隧道电子显微镜扫描隧道电子显微镜 (1983(1983年年STM)STM

29、)电子显微镜电子显微镜electron microscope在彩色扫描电子显微镜在彩色扫描电子显微镜下的一只狗蚤下的一只狗蚤 电子显微镜电子显微镜红色为红血球红色为红血球兰色为血小板兰色为血小板黄色为纤维蛋白黄色为纤维蛋白 分为分为: :2020世纪世纪2020年代法国科学家德布罗意发现电子流也具有波动性。年代法国科学家德布罗意发现电子流也具有波动性。 德国柏林工科大学卢斯卡德国柏林工科大学卢斯卡(Ruska)(Ruska)，19321932年制作了第一台电子显微镜年制作了第一台电子显微镜, ,证证实了使用电子束和电子透镜可形成与实了使用电子束和电子透镜可形成与光学像相同的电子像。光学像相同的

30、电子像。获得了获得了19861986年诺贝尔物理奖年诺贝尔物理奖。 简称透射电镜，是把经加速和简称透射电镜，是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中原子碰撞而改变上，电子与样品中原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，角的大小与样品的密度、厚度相关，以形成明暗不同的影像。以形成明暗不同的影像。 分辨率为分辨率为0.10.2nm，放大倍数，放大倍数为几万百万倍，观察超微结构。为几万百万倍，观察超微结构。透射透射电子显微镜电子显微镜: : 1938 第一部扫描电子显微镜由第一部扫描电子

31、显微镜由Von Ardenne 研制成功研制成功; 1965年第一部商用年第一部商用SEM出现出现(Cambridge)。 简称简称扫描扫描电镜，电镜，用来观察标本的用来观察标本的表面结构。工作原理：用一束极细表面结构。工作原理：用一束极细电子束扫描样品，在样品表面激发电子束扫描样品，在样品表面激发出次级电子，次级电子的多少与电出次级电子，次级电子的多少与电子束入射角有关即与样品表面结构子束入射角有关即与样品表面结构有关；次级电子由探测体收集，并有关；次级电子由探测体收集，并被探测体的闪烁器转变为光信号，被探测体的闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电再经光电倍增管和放大器转变为电

32、信号来控制荧光屏上电子束强度，信号来控制荧光屏上电子束强度，显示出与电子束同步的扫描图像。显示出与电子束同步的扫描图像。图像为立体形象，反映了标本的表图像为立体形象，反映了标本的表面结构。面结构。 分辨率为分辨率为1nm1nm，观察标本的表面结构。观察标本的表面结构。扫描扫描电子显微镜电子显微镜: :SEM中，透镜与放大率无关。中，透镜与放大率无关。人类血细胞人类血细胞扫描电子显微镜图片扫描电子显微镜图片Human red blood cells, T lymphocyte (green)Platelets (浅蓝)SEM照片照片 图片来自图片来自http:/在大脑里的1000亿个神经元中，普

33、尔基涅神经元是体积最大的。这些细胞是小脑皮层里的运动协调大师。接触酒精、锂等有毒物质、患有自身免疫性疾病、存在孤独症和神经退行性疾病 (Neurodegenerative disease)等遗传变异，都会对人类的普尔基涅神经元造成消极影响。 普尔基涅神经元普尔基涅神经元扫描电子显微镜图片扫描电子显微镜图片光学显微镜、光学显微镜、 TEM、 SEM成像原理比较成像原理比较透射电子显微镜透射电子显微镜扫描电子显微镜扫描电子显微镜用电磁场作透镜 用电子束作光源光源透镜切片 (约50nm) 德国学者宾尼格和瑞士学者罗雷尔于德国学者宾尼格和瑞士学者罗雷尔于19821982年制造成功。年制造成功。这种新型

34、显微镜：这种新型显微镜：放大倍数可达放大倍数可达3 3亿倍亿倍，最小可分辨的两点，最小可分辨的两点距离为原子直径的距离为原子直径的1/101/10，即，即分辨率高达分辨率高达0.10.1埃埃( (而光学显微而光学显微镜的分辨本领约为镜的分辨本领约为1 11010-6-6 m ) m )。获得了获得了19861986年诺贝尔物理年诺贝尔物理奖奖。扫描隧道电子显微镜下扫描隧道电子显微镜下观察到锂原子。观察到锂原子。scanning tunneling microscope，TM扫描隧道电子显微扫描隧道电子显微镜镜在低温条件下，用在低温条件下，用STMSTM针尖将针尖将4848个铁原子排列个铁原子排

35、列成了一个称之为成了一个称之为“量子围栏量子围栏”的圆环。的圆环。19931993年，美年，美国科学家成国科学家成功地进行了功地进行了移动铁原子移动铁原子的实验。的实验。 当原子尺度的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时，此处当原子尺度的针尖在不到一个纳米的高度上扫描样品时，此处电子云重叠，外加一电压（电子云重叠，外加一电压（2mV-2V2mV-2V），针尖与样品之间产生隧道），针尖与样品之间产生隧道效应而有电子逸出，形成隧道电流。电流强度和针尖与样品间的效应而有电子逸出，形成隧道电流。电流强度和针尖与样品间的距离有函数关系，因样品表面原子凹凸不平，引起电流不断发生距离有函数关系，因样品表面原

36、子凹凸不平，引起电流不断发生改变。将电流的这种改变图像化即可显示出原子水平的凹凸形态。改变。将电流的这种改变图像化即可显示出原子水平的凹凸形态。其分辨率很高，横向为其分辨率很高，横向为0.1-0.2nm0.1-0.2nm，纵向可达，纵向可达0.001nm0.001nm。它的优点。它的优点是三态（固态、液态和气态）物质均可进行观察，而普通电镜只是三态（固态、液态和气态）物质均可进行观察，而普通电镜只能观察制作好的固体标本。能观察制作好的固体标本。 利用扫描隧道显微镜直接观察生物大分子，如利用扫描隧道显微镜直接观察生物大分子，如DNADNA、RNARNA和蛋和蛋白质等分子的原子布阵，和某些生物结构

37、，如生物膜、细胞壁等白质等分子的原子布阵，和某些生物结构，如生物膜、细胞壁等的原子排列。的原子排列。 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜 由由BinnigBinnig等等19811981年发明，根据量年发明，根据量子力学原理中的隧道效应而设计。子力学原理中的隧道效应而设计。硅表面硅原子的排列硅表面硅原子的排列 硅表面硅表面7 77 7重构图重构图 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜图片图片 1987 1987年年1212月月2121日新日新华社报道了我国科学院华社报道了我国科学院北京电子显微镜实验室北京电子显微镜实验室和中科院化学研究所合和中科院化学研究所合作设计研制成功了新的作设计研制成功了新的扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜。分辨。分辨率达到原子级，图像质率达到原子级，图像质量达到国际水平。量达到国际水平。激光扫描共聚焦显微镜激光扫描共聚焦显微镜Laser scanning Confocal Microscopy，LSCM 利用激光束经照明针孔形成点光源利用激光束经照明针孔形成点光源对标本内焦平面的每一点扫描，标本对标本内焦平面的每一点扫描，标本上的被照射点的反射光迅速在计算机上的被照射点的反射光迅速在计算机监视器屏幕上形成荧光图像监视器屏幕上形成荧光图像, ,从而从而获得获得细胞或组织内部结构图像细胞或组织内部结构图像。细胞细胞CTCT二、纤镜二、纤镜玻璃纤维（光导纤维）：