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1、本文格式为Word版，下载可任意编辑光学显微镜工作原理 光学显微镜工作原理 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 1. 引言 2. 显微镜根本原理 3. 显微镜图像质量 4. 显微技术的类型 5. 荧光显微技术 6. 光学显微镜的组成部件 7. 了解更多信息 8. 阅读全体物理学类文章 自十六世纪末研发以来，光学显微镜加深了我们对根基生物学、生物医学研究、医疗诊断和材料科学的熟悉。光学显微镜最多可将物体放大1000倍，以呈现其微观细节。如今，这项技术已远远超出罗伯特虎克和列文虎克（Antoni van Leeuwenhoek）所研发的第一台显微镜的水平。人类研发的特殊技术和光学设备可
2、以透露出活细胞的布局和生化机能。显微镜甚至已进入数字时代，利用电荷耦合器件（CCD）和数码相机来抓获图像。然而，这些高级显微镜的根本原理却与您生平第一节生物课上用过的学生显微镜分外好像。 光学显微镜工作原理 洋葱皮细胞（200倍） 光学显微镜的工作原理与折射望远镜极为好像，仅有一些轻微的区别。下面让我们简朴地了解一下望远镜的工作原理。 望远镜要从昏暗、遥远的物体上采集大量光线，因此需要巨大的物镜，以尽可能多采集一些光线并使物体看起来更加亮堂。物镜很大，因而物体的图像会展现在一段距离之外的焦点位置，这就是为何望远镜比显微镜长得多的理由。望远镜的目镜随后放大图像，使物体就像在您眼前一样。 普遍学生
3、光学显微镜的示意图，显示各个部件和光路 与望远镜相反，显微镜务必从距离很近、范围微小、厚度极薄且亮堂明显的样本上采集光线。因此显微镜不需要巨大的物镜。相反，显微镜的物镜很小，而且呈球形，这就意味着显微镜两侧的焦距都要短得多。物镜将物体的图像对焦在显微镜镜筒内的不远处。随后图像由其次个透镜放大，这个透镜称为接目镜或目镜，使物体宛如在您眼前一般。 望远镜和显微镜之间另一个主要识别在于，显微镜带有光源和聚光器。聚光器是一种透镜系统，用于将光源的光线聚焦到样本上的一个微小而亮堂的点，即物镜检查的同一区域。 显微镜与望远镜之间还有一个不同之处：后者配有固定物镜和可换目镜，而前者配有可换物镜和固定目镜。通
4、过更换物镜（从相对扁平、低放大倍数的物镜到较圆、高放大倍数的物镜），显微镜可以查看越来越微小的区域采光不是显微镜物镜的主要任务，但却是望远镜的。 本文后半片面将细致议论显微镜的组成部件。 制作简易显微镜 您可以用放大镜和纸片制作简易显微镜： 1. 打定两片放大镜和一张印有图像的纸。 2. 将一片放大镜固定在纸张上方不远处。印刷图像看起来变大了一点。 3. 将另一个放大镜放在您的眼睛和第一个放大镜之间。 4. 上下移动其次个放大镜，直到印刷图像明显为止。您会察觉印刷图像要比在第一个放大镜中看到的图像更大。 此外，您还可以制作一个类似针孔相机的简易针孔显微镜。 显微镜图像质量 使用显微镜查看样本时
5、，您所看到的图像质量将在以下几方面举行评估： 亮度图像有多亮堂？亮度与照明系统相关，因而可以通过变更灯的电压（可变电阻 器）以及调理聚光器和光圈/针孔孔径举行更改。此外，亮度还与物镜的数值孔径有关（数值孔径越大，图像越亮堂）。 花粉粒在高亮度（左图）和低亮度（右图）处境下的显微镜图像 焦点抉择图像是模糊还是明显？焦点与焦距有关，且可以通过聚焦旋钮操纵。样本 载波片上的盖片厚度也会影响图像对焦盖片对物镜而言可能太厚。正确的盖片厚度应标注在物镜的侧面。 花粉粒对焦（左图）和失焦（右图）时的显微镜图像 辨识率图像中的两个像素达成多近的间距时，会辨识不清？辨识率与物镜的数值孔 径（数值孔径越大，辨识率
6、越高）以及通过透镜的光线波长（波长越短，辨识率越好）有关。 花粉粒的高辨识率（左图）和低辨识率（右图）显微镜图像 比较度样本周边区域的光照区别怎样？比较度与照明系统相关，可以通过变更光线 强度以及光圈/针孔孔径对其举行调理。除此之外，对样本举行化学着色也可以巩固比较度。 花粉粒在高比较度（左）和低比较度（右）处境下的显微镜图像 显微技术的类型 用显微镜查看样本的一个主要问题就是，物体的图像没有太大的比较度，生物样本（如细胞）尤其如此，尽管自然色素（如样本制备 树叶中的叶绿素）可以供给很好的比较度。解决这个问题的一利用透射光查看样本时，光线必种方法就是用彩色颜料或染料对样本中的特定组织举行处理。
7、须穿过样本才能形成图像。样本目前，人们已经研发出多种用于改善样本比较度的显微技术。越厚，穿过的光线越少。穿过的其特殊性主要集中在照明系统和穿过样本的光的类型。例如，光线越少，图像就越暗。因此，暗视野显微镜使用一种特殊聚光器，可以阻断大片面亮堂光线，样本务必很薄（0.1到0.5毫米）。并用斜照光线照亮样本。这与月亮拦住太阳的光线，形成日食好多活标本务必在查看前切成薄的处境极为好像。这种光学装置能够供给完全黑暗的背景，从片。岩石或半导体样本因太厚而而改善图像的比较度，以呈现精细的细节照亮样本边界区无法切割，也无法用透射光查看，域。 以下是各种类型的光学显微术技术： 明视野这是根本型显微镜配置（本文
8、迄今列举的图像均拍自明视野显微镜），这种技 因此只能通过其外观反射的光线查看。 术的比较度不高。本文迄今列举的图像的大片面比较度都是通过样本着色获得。 暗视野如上所述，这种配置可以提高比较度。有关该技术的细致信息和例如，请参 见Molecular Expressions:Darkfield Microscopy一文。 莱因伯格照明法这种装置与暗视野类似，但它使用一系列滤镜对样本举行“光学着色”。有关该技术的细致信息和例如，请参见Molecular Expressions:Rheinberg Illumination一文。 以下技术使用与莱因伯格照明法一致的根本原理，通过使用不同光学组件实现不同
9、的显微结果。根本思想包括将光束分成两路来照亮样本。与穿过非密集布局的光波相比，穿过样本密集布局 的光波速度有所减慢。由于全体光波都经过采集并传送至目镜，举行重组，因此它们之间会相互干扰。干扰图案会提高比较度：它们可能在亮堂背景（较不密集）中显示出暗色区域（较密集），或者创造一种伪三维（3-D）图像。 相衬这是查看人工培养细胞等活标本的最正确技术。 相衬显微镜的光路 相衬显微镜中，物镜和聚光器的环孔将光线分开。穿过光路中间片面的光线与经过样本外围的光线重新组合。这两种光路引起的干扰会产生密集布局看起来比背景暗的图像。有关该技术的细致信息和例如，请参见Molecular Expressions:P
10、hase Contrast Microscopy一文。 微分干扰相衬（DIC）微分干扰相衬显微镜使用偏振滤镜和棱镜将光路分开并重新组合，呈现样本的三维图像。DIC显微镜，按照研发人的姓名，也称为诺马斯基显微镜。有关该技术的细致信息和例如，请参见Molecular Expressions:Differential Interference Contrast Microscopy一文。 霍夫曼调制相衬霍夫曼调制相衬技术与DIC技术好像，只是它在光路的光轴上和光轴外使用带小切口的板，产生两组通过样本的光波。同样也形成三维图像。有关该技术的细致信息和例如，请参见Molecular Expression
11、s:Hoffman Modulation Contrast Microscopy一文。 偏振偏振光显微镜使用两片偏振镜，样本两边各 Theresa M. Freudenrich供图 培养的鼠脑胶质细胞的相衬图像 一片，且位置相互垂直，因而仅有通过样本的光线才能到达目镜。光线在通过第一个滤光镜到达样本时，在某一面发生偏振。样本中有规律地隔开的、组成确定图案的或者结晶的片面会使通过的光线转向，其中片面转向的光线会通过其次片偏振滤镜，因此这些间隔规矩的区域可以亮堂地显示在黑色背景中。有关该技术的细致信息和例如，请参见Molecular Expressions:Introduction to Polarized Light Microscopy一文。 荧光这种显微镜使用能量高、波长短的光线（通常为紫外线）来激发样本中特定分 子的电子，使这些电子转移到高能轨道上。当它们跳回原来的能级轨道时，便会释放能量低、波长更长的光线（通常属可见光），从而形成图像。 荧光显微技术 8
