显微镜的基础介绍

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1、显微镜的基本结构可分为光学系统和机械装置两大部分。一、显微镜的光学系统显微镜的光学系统主要包括物镜、目镜、聚光镜和光源系统四个主要部件。其次还包括滤光片、载玻片和盖玻片。（一） 物镜 物镜一般都是在物镜转换器上旋着。它是显微镜的最主要部件。显微镜的放大及分辩作用主要由它来担当。其优劣直接决定了显微镜的主要光学性能。 为了校正象差和色差（所谓象差是指所成的像与原物在形状上的差别；色差是指所成的像与原物在颜色上的差别），物镜都由多块透镜组成，而且放大倍数越高，结构越复杂。 一般的物镜所观察到的像面总是有些弯曲，即靠中间部分清晰，靠边缘部分比较模糊，要想让边缘清楚，需要调节显微镜的微调钮。但是边缘部

2、分清楚后，中间部分又变的模糊了。这除了不便观察外，更主要地是无法对其进行摄影。有鉴于此尼康开发了平场物镜可以较好地校正像面弯曲，使整个视场平坦,但其结构也相应地复杂些。 在有的尼康高倍物镜和油镜内还装有弹簧，在物镜前端受压时，镜头可以退缩回来。这样一方面可以保护镜头，另一方面也不会把载玻片和盖玻片压碎。这种物镜称为弹簧物镜。 （1） 1.物镜的分类 显微镜的物镜虽然细分起来多达数百种，但是一般可采用下述三种分法：根据象差消正情况可分三类： A.消色差物镜：这是最常见的物镜，虽然能完全校正光谱中的 C 线（红光）和 F 线（青光）的色差，但严格地说还不能完全矫正其他色光的色差，消色差物镜通常与惠

3、通斯目镜配合。 B.复消色差的物镜：这种物镜中的透镜一部分用荧石制成，性能很高，能使光谱中的红光、蓝光和黄光在同一焦平面上成象，通常与补偿目镜配合使用。 C.平场物镜：以上两种物镜都存在共有的缺点，即是象面弯曲问题（场曲）。由于场曲的存在而使视场边缘的象模糊不清，为此科学工作者前后又研制成功了平场消色差物镜和平场复消色差物镜。所谓平场消色差物镜就是将物镜的场现象消除到最小程度，使视场边缘部分同样得到清晰的象，不过这种物镜的结构较为复杂，从设计到制造到增加了困难，尤其是平场复消色差物镜，它是在光学系统中加入弯月形厚透镜用来矫正物镜的象面弯曲。 有一部分透镜是用荧石材料制成的，而荧石材料的化学稳定

4、性很差，再加透镜的精度要求又较高，这样的材料的来源和加工工艺上都存在着一定的困难。 （2） 根据物镜的方大倍率不同，分为低倍、中倍和高倍物镜。 A.低倍物镜：放大倍率 1X-5X，数值孔径 0.04-0.15 B.中倍物镜：放大倍率5x-25x,数值孔径 0.15-0.6 C.高倍物镜：放大倍率25x-100x,数值孔径 0.60-1.40 （3） 根据使用方法的差异，物镜可分下列两大类 A. 浸液系物镜：这是物镜与标本之间加入某种液体的物镜。根据浸液的种类，可分 为油浸系和水浸系两种。使用油浸系物镜时，通常加入柏木油（折射率为 10515）；使用水浸系物镜时，加入水（折射率为 1.33）。此

5、外，还有甘油浸或石腊油浸系的特殊物镜。 B. 干燥系、水浸系和浸油系物镜，各有特殊的用法。干燥系物镜不可用油浸，油浸性 物镜不可用水浸。 此外，还有能改变放大倍率的物镜它有各种不同的结构，有的改变透镜间的距离，有的能卸掉部分透镜，有的使镜筒上下颠倒，这种物镜放大率不高。 高倍的干燥系物镜或水浸系物镜，也有带核正环的，这种装置能校正由盖玻片的厚度不一致引起的相差，不带校正环的物镜，也有在镜筒外侧刻有盖片的适当厚度的，此外，还有各种摄影用的物镜，这种物镜不能用于普通的观察。 尼康 Edipse 系列生物显微镜一般有五个物镜，分别是 4X、10X、20X、40X、100X，其中前四种是干燥系统，后一

6、种是油浸系统，都是消色差物镜或更高级的物镜 所谓物镜的工作距离，指的是从物镜前组最前面一块透镜的表面到被观察标本的距离。这个距离不大，如上所述的10X、 40X 和 100X 物镜的工作距离分别为 7.634、0.53 和 0.198 毫米。如果再考虑到透镜的金属零件的厚度，这个距离就更小了。因此，在使用时，物镜和标本是靠得很近的，高倍物镜尤为如此，几乎要碰上标本了，这就要求我们在调焦时要特别小心，以免碰坏镜头或损坏标本。 物镜通常都标有表示物镜光学性能和使用条件的一些数字和符号。如40/0.65和160/0.17 。此处的 40 表示它的放大倍数（有的写成 40或 40：1）；0.65 表示

7、它的数值孔径（有的写成 N.A.1.65 或 A.0.65）；160 表示使用该物镜时，显微镜的机械筒长应为 160mm（所谓机械筒长是指取下物镜和目镜以后，所剩下的镜筒长度。显微镜的机械筒长现已统一规定为 160mm）；0.17 表示使用该物镜时，盖玻片的厚度应为 0.17mm。有些低倍物镜，在有、无盖玻片的情况下都可以使用，所以不标 0.17 而代之以横线 -。有些油镜上标有油（oil）字（二） 目镜 目镜通常插在镜筒上。其作用是把物镜放大后的像作进一步的放大，使人眼睛能够清楚地观察标本。它有单目和双目两种工作方式。在目视光学仪器中接近眼睛的光学系统部件，我们称为目镜。现代目镜均用复合透镜

8、，这样便于将倍率色差、慧差和象差等缺点加以纠正。目镜有两个透镜，近物的称为场镜，近目的称为目镜，前者使轴外光束不过分发散，后者则在于放大成象。 目镜的出射光瞳，一般在目镜象方焦点之外与焦点很靠近的地方。自目镜最后一面到目镜出射光瞳的距离，叫出瞳距离或镜目距，因为人眼瞳孔要与出射瞳孔相重合，所以镜目距不能太短，一般不应小于 68mm,出射瞳孔直径也不能小于 1mm,以保证观察时清晰。 由目镜的第一面到其物方焦点，既到物镜象平面的距离称为目镜的工作距离。 从象差矫正情况来看，目镜与物镜不同，目镜是一种大视场系统，主要考虑轴外象差（垂轴色差、彗星和象散），至于场曲，由于眼睛有调节能力，可依情况稍许放

9、宽处理。 目镜的作用是把物镜已经放大的实象作一步放大，其目镜的放大倍率可用下式计算： 公式 ： M 目 = (250/f 目) 式中 f 目-目镜的焦距 目镜可分为惠更斯目镜、冉斯登目镜、平常补偿目镜、平场广视野目镜和其他特殊目镜等多种。其中上下两块透镜的凸透面都朝下的惠更斯目镜在普通显微镜上用的最多。平场补偿目镜一般标有P，国产也有标有PB的。它和平场物镜相配用。属于高档目镜。 （三） 聚光器 聚光器大都通过手旋螺丝固定在镜台下面。它由聚光镜和可变光阑两个部件组成。聚光镜的作用是将光源来的光线会聚到标本上，以便观察。可变光阑又叫光圈或虹彩光阑，装在聚光镜的下方，由十几块金属薄片组成。中央通光

10、孔为圆形，移动可变光阑的把手，可以任意调节通光孔的大小。聚光器的主要参数是数值孔径。但它的数值孔径是可变的，受光阑孔的大小控制，光孔开大，数值孔径增大，反之则减小。聚光镜外壳上的是数值孔径的最大值。 除了上述普通的聚光镜外，还有暗视场聚光镜、相衬聚光镜、偏光聚光镜等多种用途的聚光镜，以满足不同场合的使用。 四） 光源系统 光源系统用来供给照明标本用的光线。显微镜所用的光源有自然光和电光源两种。使用电光源的显微镜，其光源系统由光源灯电路、光源灯、透镜、反射镜的等组成,系统通常安装在灯座内。 使用电光源的显微镜一般都采用柯勒照明方式。它是将光源的灯丝像经两路成像在标本的上方，而不是像临界照明那样直

11、接落在标本上。这种照明方式可得到比较均匀的照明。如下图所示,尼康采用了独有的 CFI 无限远光路系统.在物镜与镜筒透镜之间是一条平行光路,因此无需另加别的附件就可加载其他光学器件,如荧光,DIC 等。光源灯一般使用钨灯或卤素灯。灯的功率从十几瓦到数十瓦不等。 光源灯的电路部分大都设有光亮调节器，可以很方便调节照在标本上光的亮度。（五） 其它 1.滤光片 有些显微镜配有不同波长的滤光片供选用。使用滤光片后可以有选择地滤除某些光线，如在观察相差时通常配 GIF 滤光片以使观察效果更佳。 2 载玻片和盖玻片 顾名思义，载玻片是用来承载样本的，盖玻片是用来覆盖样本的。即，通常观察标本时，标本夹在两块玻

12、璃之间。下面的一块叫载玻片，上面的叫盖玻片。二者一般是用长方形的透明玻璃片制成，只是薄厚有所区别。标准盖玻片的厚度为 0.17mm;载玻片的厚度则为 1.1mm.。一般二者的长和宽分别为 45 和 26 mm.。二、显微镜的机械装置显微镜的机械装置是为光学系统服务的。只有精密、灵活、准确的机械装置与良好的光学系统密切配合，显微镜才能发挥其最好性能。 一般显微镜的机械装置由下列部件组成： 镜座与镜臂、镜筒、物镜转换器、载物台与移动器、粗动调焦机构、微动调焦机构、（一） 镜座与镜臂1.镜座 它是显微镜的基座，用以支撑整个镜体。简易显微镜的多呈马蹄形，用铸铁 制造电光源显微镜的镜座为多方形，其内部装

13、有电光源系统。即照明灯、聚光镜、反光镜及其电路等均装在其镜座内。尼康现在采用T型主体, 及稳定有美观. 2.镜臂 呈弓形，立于镜座的上端。对直筒显微镜来说，用它来支撑整个光学 大部分机械零件。其下有一个倾斜关节，用以倾斜镜筒。对斜筒显微镜来说，镜臂 的，主要用它来支撑镜筒和与镜筒相连接的光学元件。但现在的高级显微镜都和主体并在了一起. 。 （二） 镜筒 镜筒是金属制的圆筒。其上端可插目镜，下端连接物镜。为了避免入射光发射，现在的高级显微镜内壁都涂以无光黑漆。镜筒可分为单目、双目和三目三种。 1.单目镜筒 单目镜筒又有直筒和斜筒之分。双目和三目镜筒则都是斜筒式的, 直筒因使用不太方便使用量较少。

14、单筒斜筒是在镜筒内安装一个反射棱镜，从标本到达镜筒的光线被棱镜以 45 度角发射进入目镜。斜筒式可作 360 度旋转，使用起来更加方便。 2.双目镜筒 双目镜筒是由左右两个镜筒组成。镜筒的下部装有一套复杂的反射机构。 来自物镜的光线经半五角棱镜两次反射后，折转 45 度进入分光棱镜。分光棱镜模块由多组直角棱镜胶合而成。胶合面上镀有分光膜。当光到达分光膜时，有一半发射，进入下棱镜，另一半透过，进入上棱镜。被上下两个棱镜反射后进入两个目镜中成像。 为了适应不同人眼的瞳距，复合棱镜两侧的反射棱镜的间距通常都设计为可调的。目的是为了适应两眼距离不同的人使用。调节范围通常是在 5575 mm.之间，双目

15、镜筒一般设计成可伸缩调节方式。其目的是为了适应视力不同的人使用。调节范围通常在 500 度近视和远视之间。 3.三目镜筒 三目镜筒是摄影显微镜需要配置的。它是在双目镜筒的上方又增加一个镜筒. 在此镜筒上可加配摄影设备。这样既可以观察，又可以摄影。它有两种方式；一种是安装有一个可推拉的棱镜。推入时供平时观察用，拉出时光线全部进入摄影镜筒供照相用。还有一种是即可观察又可同时摄影的三目镜筒。它的光线 20%30%供观察用，70%80%供摄影用。在摄影时，可用摄影目镜进行调焦，当看到清晰的物象时，再摄影，便可摄出清晰的照片。 （三） 物镜转换器 物镜转换器装于镜筒下端，用来安装和转换物镜。按安装物镜的

16、孔数不同，可分为四孔式、五孔式、六孔式、七孔式等几种。以五、六孔居多，按定位方式的不同，可分为外定位式和内定位式两种。但无论那种方式，其基本结构都是由上下两块凸面朝下的圆盘组成。上面一块固定在镜筒的下端，称为固定盘。下面一块可以饶其中心的大头螺钉旋转，称为转动盘。物镜就分别安装在转动盘的几个对称的螺丝口上。外定位式的转换器，其定位弹簧安装在外面；内定位式的转换器，其定位弹簧片安装在固定盘里面。当转动盘旋转至某一位置时，定位弹簧片上的凸棱落入定位槽中，发出咔嗒一声响，便有一个物镜进入光路。继续旋转转动盘，可将各个物镜依次调在显微镜的光轴位置上。 对物镜转换器的精度有两点要求：同轴和齐焦。所谓同轴，是指每个物镜被定位即调入光路后，物镜和目镜的光轴应在一条直线上，所谓齐焦，是指用低倍物镜调焦后，从低倍转换到高倍物镜，无须使用粗调，即可初见物象（但允许细调）。齐焦又称为等高转换。 物镜的齐焦是建筑在下列三条的基础上： （1） 机械筒长 m 为 200 毫米； （2） 目镜前焦面应在镜筒上端面之下 10 毫米