[轉(zhuǎn)載]細說光學顯微鏡 [復制鏈接]

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只看樓主倒序閱讀樓主發(fā)表于: 2010-08-01

一、光學顯微鏡的發(fā)展歷史
　　早在公元前一世紀，人們就已發(fā)現(xiàn)通過球形透明物體去觀察微小物體時，可以使其放大成像。后來逐漸對球形玻璃表面能使物體放大成像的規(guī)律有了認識。
　　1590年，荷蘭和意大利的眼鏡制造者已經(jīng)造出類似顯微鏡的放大儀器。1610年前后，意大利的伽利略和德國的開普勒在研究望遠鏡的同時，改變物鏡和目鏡之間的距離，得出合理的顯微鏡光路結(jié)構(gòu)，當時的光學工匠遂紛紛從事顯微鏡的制造、推廣和改進。
　　17世紀中葉，英國的胡克和荷蘭的列文胡克，都對顯微鏡的發(fā)展作出了卓越的貢獻。1665年前后，胡克在顯微鏡中加入粗動和微動調(diào)焦機構(gòu)、照明系統(tǒng)和承載標本片的工作臺。這些部件經(jīng)過不斷改進，成為現(xiàn)代顯微鏡的基本組成部分。
　　1673～1677年期間，列文胡克制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡，其中九臺保存至今。胡克和列文胡克利用自制的顯微鏡，在動、植物機體微觀結(jié)構(gòu)的研究方面取得了杰出成就。
　　19世紀，高質(zhì)量消色差浸液物鏡的出現(xiàn)，使顯微鏡觀察微細結(jié)構(gòu)的能力大為提高。1827年阿米奇第一個采用了浸液物鏡。19世紀70年代，德國人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎(chǔ)。這些都促進了顯微鏡制造和顯微觀察技術(shù)的迅速發(fā)展，并為19世紀后半葉包括科赫、巴斯德等在內(nèi)的生物學家和醫(yī)學家發(fā)現(xiàn)細菌和微生物提供了有力的工具。
　　在顯微鏡本身結(jié)構(gòu)發(fā)展的同時，顯微觀察技術(shù)也在不斷創(chuàng)新：1850年出現(xiàn)了偏光顯微術(shù)；1893年出現(xiàn)了干涉顯微術(shù)；1935年荷蘭物理學家澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術(shù)，他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學獎。
　　古典的光學顯微鏡只是光學元件和精密機械元件的組合，它以人眼作為接收器來觀察放大的像。后來在顯微鏡中加入了攝影裝置，以感光膠片作為可以記錄和存儲的接收器。現(xiàn)代又普遍采用光電元件、電視攝像管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接收器，配以微型電子計算機后構(gòu)成完整的圖像信息采集和處理系統(tǒng)。
　　目前全世界最主要的顯微鏡廠家主要有：奧林巴斯、蔡司、徠卡、尼康。國內(nèi)廠家主要有：江南、麥克奧迪等。
二、顯微鏡的基本光學原理
（一）折射和折射率
　　光線在均勻的各向同性介質(zhì)中，兩點之間以直線傳播，當通過不同密度介質(zhì)的透明物體時，則發(fā)生折射現(xiàn)象，這是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同造成的。當與透明物面不垂直的光線由空氣射入透明物體(如玻璃)時，光線在其介面改變了方向，并和法線構(gòu)成折射角。
（二）透鏡的性能
　　透鏡是組成顯微鏡光學系統(tǒng)的最基本的光學元件，物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。依其外形的不同，可分為凸透鏡(正透鏡)和凹透鏡(負透鏡)兩大類。
　　當一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點，這個點稱"焦點"，通過交點并垂直光軸的平面，稱"焦平面"。焦點有兩個，在物方空間的焦點，稱"物方焦點"，該處的焦平面，稱"物方焦平面"；反之，在象方空間的焦點，稱"象方焦點"，該處的焦平面，稱"象方焦平面"。
　　光線通過凹透鏡后，成正立虛像，而凸透鏡則成正立實像。實像可在屏幕上顯現(xiàn)出來，而虛像不能。
（三）凸透鏡的五種成象規(guī)律
1. 當物體位于透鏡物方二倍焦距以外時，則在象方二倍焦距以內(nèi)、焦點以外形成縮小的倒立實象；
2. 當物體位于透鏡物方二倍焦距上時，則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實象；
3. 當物體位于透鏡物方二倍焦距以內(nèi)，焦點以外時，則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實象；
4. 當物體位于透鏡物方焦點上時，則象方不能成象；
5. 當物體位于透鏡物方焦點以內(nèi)時，則象方也無象的形成，而在透鏡物方的同側(cè)比物體遠的位置形成放大的直立虛象。
三、光學顯微鏡的成象（幾何成象）原理
　　只有當物體對人眼的張角不小于某一值時，肉眼才能區(qū)別其各個細部，該量稱為目視分辨率ε。在最佳條件下，即物體的照度為50~70lx及其對比度較大時，可達到1’。為易于觀測，一般將該量加大到2’，并取此為平均目鏡分辨率。
　　物體視角的大小與該物體的長度尺寸和物體至眼睛的距離有關(guān)。有公式y(tǒng)=Lε
距離L不能取得很小，因為眼睛的調(diào)節(jié)能力有一定限度，尤其是眼睛在接近調(diào)節(jié)能力的極限范圍工作時，會使視力極度疲勞。對于標準(正視)而言，最佳的視距規(guī)定為250mm(明視距離)。這意味著，在沒有儀器的條件下，目視分辨率ε=2’的眼睛，能清楚地區(qū)分大小為0.15mm的物體細節(jié)。
　　在觀測視角小于1’的物體時，必須使用放大儀器。放大鏡和顯微鏡是用于觀測放置在觀測人員近處應予放大的物體的。
（一）放大鏡的成像原理
　　表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學透鏡可以使物體放大成像，光路圖如圖1所示。位于物方焦點F以內(nèi)的物AB，其大小為y，它被放大鏡成一大小為y’的虛像A’B’。
放大鏡的放大率
Γ=250/f’
式中250--明視距離，單位為mm

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