光学显微镜原理分析光学显微镜的发展历史早在公元前一世纪人们就已.PDFVIP

光学显微镜原理分析 一、光学显微镜的发展历史 早在公元前一世纪，人们就已发现通过球形透明物体去观察微小物体时，可以使其放大 成像。后来逐渐对球形玻璃表面能使物体放大成像的规律有了认识。 1590 年，荷兰和意大利的眼镜制造者已经造出类似显微镜的放大仪器。1610年前后， 意大利的伽利略和德国的开普勒在研究望远镜的同时，改变物镜和目镜之间的距离，得出合 理的显微镜光路结构，当时的光学工匠遂纷纷从事显微镜的制造、推广和改进。 17 世纪中叶，英国的胡克和荷兰的列文胡克，都对显微镜的发展作出了卓越的贡献。 1665 年前后，胡克在显微镜中加入粗动和微动调焦机构、照明系统和承载标本片的工作台。 这些部件经过不断改进，成为现代显微镜的基本组成部分。 1673～1677 年期间，列文胡克制成单组元放大镜式的高倍显微镜，其中九台保存至今。 胡克和列文胡克利用自制的显微镜，在动、植物机体微观结构的研究方面取得了杰出成就。 19 世纪，高质量消色差浸液物镜的出现，使显微镜观察微细结构的能力大为提高。1827 年阿米奇第一个采用了浸液物镜。19 世纪70 年代，德国人阿贝奠定了显微镜成像的古典理 论基础。这些都促进了显微镜制造和显微观察技术的迅速发展，并为 19 世纪后半叶包括科 赫、巴斯德等在内的生物学家和医学家发现细菌和微生物提供了有力的工具。 在显微镜本身结构发展的同时，显微观察技术也在不断创新：1850 年出现了偏光显微 术；1893 年出现了干涉显微术；1935 年荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，他为此 在 1953 年获得了诺贝尔物理学奖。 古典的光学显微镜只是光学元件和精密机械元件的组合，它以人眼作为接收器来观察放 大的像。后来在显微镜中加入了摄影装置，以感光胶片作为可以记录和存储的接收器。现代 又普遍采用光电元件、电视摄像管和电荷耦合器等作为显微镜的接收器，配以微型电子计算 机后构成完整的图像信息采集和处理系统。 目前全世界最主要的显微镜厂家主要有：奥林巴斯、蔡司、徕卡、尼康。国内厂家主要 有：江南、麦克奥迪等。 二、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，则发生折射现象，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直 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，在象方空间的焦点，称象方焦点，该处的焦平面，称象方焦平 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来， 而虚像不能。 （三）凸透镜的五种成象规律 1.当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在象方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的 倒立实象； 2.当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在象方二倍焦距上形成同样大小的倒立实象； 3.当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在象方二倍焦距以外形成放大的 倒立实象； 4.当物体位于透镜物方焦点上时，则象方不能成象； 5.当物体位于透镜物方焦点以内时，则象方也无象的形成，而在透镜物方的同侧比物体 远的位置形成放大的直立虚象。 三、光学显微镜的成象（几何成象）原理 只有当物体对人眼的张角不小于某一值时，肉眼才能区别其各个细部，该量称为目视分 辨率 ε。在最佳条件下，即物体的照度为 50~70lx 及其对比度较大时，可达到 1’。为易于 观测，一般将该量加大到 2’，并取此为平均目镜分辨率。 物体视角的大小与该物体的长度尺寸和物体至眼睛的距离有关。有公式 y=Lε 距离L不能取得很小，因为眼睛的调节能力有一定限度，尤其是眼睛在接近调节能力的 极限范围工作时，会使视力极度疲劳。对于标准(正视)而言，最佳的视距规定为 250mm(明 视距离)。这意味着，在没有仪器的条件下