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1、第一章：显微镜简史 随着科学技术的进步，人们越来越需要观察微观世界，显微镜正是这样的设备，它突破了人类的视觉极限，使之延伸到肉眼无法看清的细微结构。 显微镜是从十五世纪开始发展起来。从简单的放大镜的基础上设计出来的单透镜显微镜，到1847年德国蔡司研制的结构复杂的复式显微镜，以及相差，荧光，偏光，显微观察方式的出现，使之更广范地应用于金属材料，生物学，化工等领域。本部分设定了隐藏，您已回复过了，以下是隐藏的内容第二章 显微镜的基本光学原理一 折射和折射率 光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现像，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当
2、与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体(如玻璃)时，光线在其介面改变了方向，并和法线构成折射角。二 透镜的性能 透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件，物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜(正透镜)和凹透镜(负透镜)两大类。 当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称“焦点”，通过交点并垂直光轴的平面，称“焦平面”。焦点有两个，在物方空间的焦点，称“物方焦点”，该处的焦平面，称“物方焦平面”；反之，在像方空间的焦点，称“像方焦点”，该处的焦平面，称“像方焦平面”。 光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出
3、来，而虚像不能。三 影响成像的关键因素像差 由于客观条件，任何光学系统都不能生成理论上理想的像，各种像差的存在影响了成像质量。下面分别简要介绍各种像差。 1 色差（Chromatic aberration） 色差是透镜成像的一个严重缺陷，发生在多色光为光源的情况下，单色光不产生色差。白光由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫 七种组成，各种光的波长不同 ，所以在通过透镜时的折射率也不同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑。光学系统最主要的功能就是消色差。 色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置观察都带有色斑或晕环，使像模糊不清。而放大率色差使像带有彩色边缘。 2 球差(Spheri
4、cal aberration) 球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。球差造成的结果是，一个点成像后，不在是个亮点，而是一个中间亮边缘逐渐模糊的亮斑，从而影响成像质量。 球差的矫正常利用透镜组合来消除，由于凸、凹透镜的球差是相反的，可选配不同材料的凸凹透镜胶合起来给予消除。旧型号显微镜，物镜的球差没有完全矫正，应与相应的补偿目镜配合，才能达到纠正效果。一般新型显微镜的球差完全由物镜消除。 3 慧差(Coma) 慧差属轴外点的单色像差。轴外物点以大孔径光束成像时，发出的光束通过透镜后，不再相交一点，则一光点的像便会得到一逗点状，型如慧星，故称“慧差”。 4 像散（Astigmati
5、sm） 像散也是影响清晰度的轴外点单色像差。当视场很大时，边缘上的物点离光轴远，光束倾斜大，经透镜后则引起像散。像散使原来的物点在成像后变成两个分离并且相互垂直的短线，在理想像平面上综合后，形成一个椭圆形的斑点。像散是通过复杂的透镜组合来消除。 5 场曲（Curvature of field） 场曲又称“像场弯曲”。当透镜存在场曲时，整个光束的交点不与理想像点重合，虽然在每个特定点都能得到清晰的像点，但整个像平面则是一个曲面。这样在镜检时不能同时看清整个像面，给观察和照相造成困难。因此研究用显微镜的物镜一般都是平场物镜，这种物镜已经矫正了场曲。 6 畸变（Distortion） 前面所说各种像
6、差除场曲外，都影响像的清晰度。畸变是另一种性质的像差，光束的同心性不受到破坏。因此，不影响像的清晰度，但使像与原物体比，在形状上造成失真。 四. 显微镜的成像（几何成像）原理 显微镜之所以能将被检物体进行放大，是通过透镜来实现的。单透镜成像具有像差，严重影响成像质量。因此显微镜的主要光学部件都由透镜组合而成。从透镜的性能可知，只有凸透镜才能起放大作用，而凹透镜不行。显微镜的物镜与目镜虽都由透镜组合而成，但相当于一个凸透镜。为便于了解显微镜的放大原理，简要说明一下凸透镜的5种成像规律： （1） 当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在像方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实像； （2） 当物体位
7、于透镜物方二倍焦距上时，则在像方二倍焦距上形成同样大小的倒立实像； （3） 当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在像方二倍焦距以外形成放大的倒立实像； （4） 当物体位于透镜物方焦点上时，则像方不能成像； （5） 当物体位于透镜物方焦点以内时，则像方也无像的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚像。 显微镜的成像原理就是利用上述（3）和（5）的规律把物体放大的。当物体处在物镜前F-2F（F为物方焦距）之间，则在物镜像方的二倍焦距以外形成放大的倒立实像。在显微镜的设计上，将此像落在目镜的一倍焦距F1之内，使物镜所放大的第一次像（中间像），又被目镜再一次放大，最终在目镜的
8、物方（中间像的同侧）、人眼的明视距离（250mm）处形成放大的直立（相对中间像而言）虚像。因此，当我们在镜检时，通过目镜（不另加转换棱镜）看到的像于原物体的像，方向相反。 五显微镜光学系统简介显微镜光学系统的设计有三种光学系统。 1 . 长筒光学系统 2 . 万能无限远校正光学系统：是较先进的光路设计，它体现了无限远校正方式的优越性。光线通过物镜后成为平行光束通过镜筒，并在结像透镜处折射或完成无像差的中间像。物镜与观察筒内结像透镜之间可添加光学附件，而不影响总放大倍数。另外这种光学系统不需要安装附加校正透镜，都能得到最佳的显微图像。 3. 万能无限远双重色差校正光学系统：是目前最先进的光路设计
9、，不但能矫正位置色差，同时还能矫正倍率色差可提高水平分辨率12%，提供最高反差、最高衬度、最高分辨率的最锐利图象。第三章 显微镜的重要光学技术参数 在镜检时，人们总是希望能得到清晰而明亮的理想图像，这就需要显微镜的各项光学技术参数达到一定的标准，并且要求在使用时，必须根据镜检的目的和实际情况来协调各参数的关系。只有这样，才能充分发挥显微镜应有的性能，得到满意的镜检效果。 显微镜的光学技术参数包括：数值孔径、分辨率、放大率、焦深、视场宽度、覆盖差、工作距离等等。这些参数并不都是越高越好，它们之间是相互联系又相互制约的，在使用时，应根据镜检的目的和实际情况来协调参数间的关系。一 数值孔径 数值孔径
10、简写NA(蔡司公司的数值孔径简写CF)，数值孔径是物镜和聚光镜的主要技术参数，是判断两者（尤其对物镜而言）性能高低(即消位置色差的能力,蔡司公司的数值孔是代表消位置色差和倍率色差的能力),的重要标志。其数值的大小，分别标科在物镜和聚光镜的外壳上。 数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物体之间介质的折射率（）和孔径角（u）半数的正玄之乘积。用公式表示如下：NA=sinu/2 孔径角又称“镜口角”，是物镜光轴上的物体点与物镜前透镜的有效直径所形成的角度。孔径角越大，进入物镜的光通亮就越大，它与物镜的有效直径成正比，与焦点的距离成反比。 显微镜观察时，若想增大NA值，孔径角是无法增大的，唯一的办法是增
11、大介质的折射率值。基于这一原理，就产生了水浸系物镜和油浸物镜，因介质的折射率值大于一，NA值就能大于一。数值孔径最大值为1.4，这个数值在理论上和技术上都达到了极限。目前，有用折射率高的溴萘作介质，溴萘的折射率为1.66,所以NA值可大于1.4。这里必须指出，为了充分发挥物镜数值孔径的作用，在观察时，聚光镜的NA值应等于或略大于物镜的NA值，数值孔径与其它技术参数有着密切的关系，它几乎决定和影响着其它各项技术参数。它与分辨率成正比，与放大率成正比，与焦深成反比，NA值增大，视场宽度与工作距离都会相应地变小。二 分辨率 分辨率又称“鉴别率”，“解像力”。是衡量显微镜性能的又一个重要技术参数。显微
12、镜的分辨率用公式表示为：d=0.61/NA 式中d为最小分辨距离；为光线的波长；NA为物镜的数值孔径。可见物镜的分辨率是由物镜的NA值与照明光源的波长两个因素决定。NA值越大，照明光线波长越短，则d值越小，分辨率就越高。 1. 要提高分辨率，即减小d值，可采取以下措施。 降低波长值，使用短波长光源。 2曾大介质值和提高NA值（NA=sinu/2）。 3消色差。 4增加明暗反差。三 放大率 放大率就是放大倍数，是指被检验物体经物镜放大再经目镜放大后，人眼所看到的最终图像的大小对原物体大小的比值，是物镜和目镜放大倍数的乘积。放大率也是显微镜的重要参数，但也不能盲目相信放大率越高越好，在选择时应首先
13、考虑物镜的数值孔径。四 焦深 焦深为焦点深度的简称，即在使用显微镜时，当焦点对准某一物体时，不仅位于该点平面上的各点都可以看清楚，而且在此平面的上下一定厚度内，也能看得清楚，这个清楚部分的厚度就是焦深。焦深大, 可以看到被检物体的全层，而焦深小，则只能看到被检物体的一薄层，焦深与其它技术参数有以下关系： 1焦深与总放大倍数及物镜的数值孔镜成反比。 2焦深大，分辨率降低。 由于低倍物镜的景深较大，所以在低倍物镜照相时造成困难。在显微照相时将详细介绍。五 视场直径（Field of view） 观察显微镜时，所看到的明亮的原形范围叫视场，它的大小，是由目镜里的视场光阑决定的。视场直径也称视场宽度，
14、是指在显微镜下看到的圆形视场内所能容纳被检物体的实际范围。视场直径23最为科学，大视场容易引起场曲。 F=FN/Mob F: 视场直径，FN：视场数，Mob:物镜放大率。视场数（Field Number, 简写为FN），标刻在目镜的镜筒外侧。 由公式可看出： 1 视场直径与视场数成正比。 2 增大物镜的倍数，则视场直径减小。因此，若在低倍镜下可以看到被检物体的全貌，而换成高倍物镜，就只能看到被检物体的很小一部份。六 覆盖差 显微镜的光学系统也包括盖玻片在内。由于盖玻片的厚度不标准，光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变，从而产生了像差，这就是覆盖差。覆盖差的产生影响了显微镜的成像质量。国际上规定，盖玻片的标准厚度为0.17mm, 许可范围在0.160.18mm.,在物镜的制造上已将此厚度范围的像差计算在内。物镜外壳上标记0.17,即表明该物镜要求盖玻片的厚度。七 工作距离 工作距离也叫物距，即指物镜前透镜的表面到被检物体之间的距离。镜检时，被检物体应处在物镜
