光学显微镜工作原理
光学显微镜工作原理
1. 1. 引言
2. 2. 显微镜基本原理
3. 3. 显微镜图像质量
4. 4. 显微技术的类型
5. 5. 荧光显微技术
6. 6. 光学显微镜的组成部件
7.7. 了解更多信息
8.8. 阅读所有物理学类文章
自十六世纪末发明以来，光学显微镜加深了我们对基础生物
学、生物医学研究、医疗诊断和材料科学的认识。光学显微
镜最多可将物体放大1000倍，以展现其微观细节。如今，这
项技术已远远超出罗伯特·虎克和列文虎克（Antoni van
Leeuwenhoek）所发明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以揭示出活细胞的结构和生化机能。显
微镜甚至已进入数字时代，利用电荷耦合器件（CCD）和数码
相机来捕捉图像。然而，这些高级显微镜的基本原理却与您
生平第一节生物课上用过的学生显微镜非常相似。
光学显微镜的工作原理与折射望远镜极为相似，仅有一些细微的差别。下面让我们简单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明亮。物镜很大，因而物体的图像会出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原因。望远镜的目镜随后放大图像，使物体就像在您眼前一样。
洋葱皮细胞（200倍）
光学显微镜工作原理
普通学生
光学显微镜的示意图，显示各个部件和光路
与望远镜相反，显微镜必须从距离很近、范围极小、厚度极薄且明亮清晰的样本上采集光线。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。随后图像由第二个透镜放大，这个透镜称为接目镜或目镜，使物体如同在您眼前一般。
望远镜和显微镜之间另一个主要区别在于，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明亮的点，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），显微镜可以观察越来越微小的区域——采光不是显微镜物镜的主要任务，但却是望远镜的。
本文后半部分将详细讨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. 准备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. 上下移动第二个放大镜，直到印刷图像清晰为止。您会发
现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
使用显微镜观察样本时，您所看到的图像质量将在以下几方面进行评估：
亮度——图像有多明亮？亮度与照明系统相关，因而可以通过改变灯的电压（可变电阻器）以及调节聚光器和光圈/针孔孔径进行更改。此外，亮度还与物镜的数值孔径有关（数值孔径越大，图像越明亮）。
花粉粒在高亮度（左图）和低亮度（右图）情况下的显微镜图像
焦点——决定图像是模糊还是清晰？焦点与焦距有关，且可以通过聚焦旋钮控制。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
分辨率——图像中的两个像素达到多近的间距时，会分辨不清？分辨率与物镜的数值孔径（数值孔径越大，分辨率越高）以及通过透镜的光线波长（波长越短，分辨率越好）有关。
花粉粒的高分辨率（左图）和低分辨率（右图）显微镜图像
对比度——样本周围区域的光照差别怎样？对比度与照明系统相关，可以通过改变光线强度以及光圈/针孔孔径对其进行调节。除此之外，对样本进行化学着色也可以增强对比度。
花粉粒在高对比度（左）和低对比度（右）情况下的显微镜图像 显微技术的类型
用显微镜观察样本的一个主要问题就是，物体的图像没有太大
的对比度，生物样本（如细胞）尤其如此，尽管天然色素（如
树叶中的叶绿素）可以提供很好的对比度。解决这个问题的一
种方法就是用彩色颜料或染料对样本中的特定组织进行处理。
目前，人们已经研发出多种用于改善样本对比度的显微技术。
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，
暗视野显微镜使用一种特殊聚光器，可以阻断大部分明亮光
线，并用斜照光线照亮样本。这与月亮挡住太阳的光线，形成
日食的情况极为相似。这种光学装置能够提供完全黑暗的背
景，从而改善图像的对比度，以呈现精细的细节——照亮样本
边界区域。
以下是各种类型的光学显微术技术：
明视野——这是基本型显微镜配置（本文迄今列举的图像均拍自明视野显微镜），这种技术的对比度不高。本文迄今列举的图像的大部分对比度都是通过样本着色获得。 暗视野——如上所述，这种配置可以提高对比度。有关该技术的详细信息和示例，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进行“光学着色”。有关该技术的详细信息和示例，请参见Molecular Expressions:Rheinberg
Illumination 一文。
以下技术使用与莱因伯格照明法相同的基本原理，通过使用不同光学组件实现不同的显微结果。基本思想包括将光束分成两路来照亮样本。与穿过非密集结构的光波相比，穿过样本密集结构的光波速度有所减慢。由于所有光波都经过采集并传送至目镜，进行重组，因此它们之间会相互干涉。干涉图案会提高对比度：它们可能在明亮背景（较不密集）中显示出暗色区域（较密集），或者创建一种伪三维（3-D ）图像。
相衬——这是观察人工培养细胞等活标本的最佳技术。
相
样本制备 利用透射光观察样本时，光线必须穿过样本才能形成图像。样本越厚，穿过的光线越少。穿过的光线越少，图像就越暗。因此，样本必须很薄（0.1到0.5毫米）。很多活标本必须在观察前切成薄片。岩石或半导体样本因太厚而无法切割，也无法用透射光观察，因此只能通过其表面反射的光线观察。
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。穿过光路中间部分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涉会产生密集结构看起来比背景暗的图像。有关该技术的详细信息和示例，请参见Molecular Expressions:Phase Contrast Microscopy 一文。
微分干涉相衬（DIC ）——微分干涉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，按照发明人的姓名，也称为诺马斯基显微镜。有关该技术的详细信息和示例，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 技术相似，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。有关该技术的详细信息和示例，请参见Molecular Expressions: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、组成一定图案的或者结晶的部分会使通过的光线转向，其中部分转向的光线会通过第二片偏振滤镜，因此这些间隔规则的区域可以明亮地显示在黑色背景中。有关该技术的详细信息和示例，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
荧光显微镜使用汞灯或氙气灯发出紫外线。紫外线进入显微镜
并碰到分色镜——一种能够能反射一定波长范围的光线，同时
允许其他波段的光线通过的透镜。分色镜将紫外线向上反射到
样本上，紫外线激发样本中分子内的荧光。物镜采集样本发出
的荧光波长的光线，荧光穿过另一分色镜和阻挡滤镜，以消除
不是荧光的波长，使荧光到达物镜形成图像。 Theresa M. Freudenrich 供图 培养的鼠脑胶质细胞的相衬图像 外荧光 外荧光是荧光显微镜的光学装置，其中物镜用于将紫外线对焦在样本上并采集样本发出的荧光。外荧光比透见荧光更加有效，后者使用单独的透镜或聚光
器将紫外线对焦在样本上。外荧
光还允许在同一显微镜上组合使
用荧光显微技术与其他类型的显
微技术。
外荧
光显微镜的光路
样本内的荧光分子可以自然产生或人工引入。例如，您可以用称为钙黄绿素/AM的染料给细胞着色。这种燃料本身并不是荧光剂，但其分子中的AM成分隐藏一部分可以与钙元素结合的钙黄绿素分子，这样就能发出荧光。将钙黄绿素/AM与浸泡着细胞的溶液混合时，这种染料会渗入细胞。活细胞中的一种酶，可以除去其中的AM部分，并锁住分子中的钙黄绿素，使其与钙元素结合，从而在紫外线的作用下发出绿色荧光，而死细胞则没有这种酶。因此，活细胞可以发出绿色荧光，而死细胞却不会发出荧光。如果您混入另一种称为碘化丙啶的染料，就能看到同一样本中的死细胞，因为这种染料只渗透死细胞。碘化丙啶会结合细胞核中的DNA，并在紫外线的作用下发出红色荧光。这种双染色技术可用于毒物学研究，以确定施用杀虫剂等环境化学品时，所杀死细胞数量的百分比。
Theresa M. Freudenrich供图这是培
养的鼠脑细胞的荧光显微图像。钙黄绿素着色的活细胞（上）和碘
化丙啶着色的死细胞（下）。
荧光显微术有助于观察活细胞的结构以及衡量活细胞中的生理和生物化学活动。不同的荧光指示剂，可以用于研究众多具有重要生理作用的化学物，如：DNA 、钙、镁、钠、pH 值和酶。此外，各种生物分子特有的抗体可以与荧光分子化学结合，用于对细胞内的特定结构着色。有关该技术的详细信息和示例，请参见Molecular Expressions:Fluorescence Microscopy 一文。 光学显微镜的组成部件
光学显微镜，无论是构造简单的学生显微镜还是复杂精密的研
究用显微镜，都包括以下基本系统：
样本控制——承托并操作样本
载物台——放置样本的地方
样本夹——用来将样本固定在载物台上。由于您看到的是放大后的图像，因此即使样本稍微移动，也可能将这部分图像移出您的视野。 显微操纵器——允许您严格控制地沿X 和Y 轴小幅移动样本（扫描载波片时十分有用） 照明——照亮样本。最简单的照明系统是将室内光线向上反射到样本上的反射镜 灯——发出光线。通常而言，灯就是钨丝灯泡。对于特殊显微镜，可能会使用汞灯或氙气灯发出紫外线。有些显微镜甚至还使用激光扫描样本。 可变电阻器——改变施加到灯的电流强度，从而控制发出的光线的强度 聚光器——调整光线并将其从灯对焦到样本的
透镜系统
光圈或针孔孔径——位于光路中，旨在改变到
达聚光器的光量，用于增强图像的对比度
普通学生
光学显微镜的示意图，显示各个部件和光路
部分显微镜术语 景深——在焦平面上下两侧，能够形成具有一定清晰度的图像的垂直距离
视野——使用特定物镜
时，通过显微镜能够看
到的样本区域
焦距——透镜将光线对
焦所需的距离（通过以
微米衡量）
焦点——通过透镜的光
线汇聚到一起的点
放大倍率——物镜和目
镜的放大倍数
数值孔径——透镜采光
能力的衡量指标
分辨率——两个像素点
可以清晰分辨出来的最
小间距（通常以纳米衡
量）
透镜部——形成图像
物镜——采集样本上的光
目镜——将物镜的图像传送并放大到您眼前
换镜旋座——固定有多个物镜的旋座
镜筒——将目镜固定在与物镜具有适当距离的位置，并挡住杂散光
对焦部——将物镜固定在与样本距离适当的位置
粗调焦旋钮——用于将物体的图像调至物镜的焦面上
精调焦旋钮——用于精细调节图像的对焦
支撑和校准部
架臂——显微镜中将所有光学部件按固定距离进行撑托并校准的弧形部分底座——支撑显微镜所有零部件的重量
浅析光学显微镜机械结构设计
浅析光学显微镜机械结构设计 发表时间：2019-04-28T09:29:27.077Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：朱濛1 陈振波2 孔欢3 王鹏程4 姚新科5 [导读] 摘要：光学显微镜（Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。 1、南京工程学院电力工程学院 21167； 2、南京工程学院机械工程学院 21167； 3、南京工程学院电力工程学院 21167； 4、南京工程学院建筑工程学院 21167； 5、南京工程学院自动化学院 21167 摘要：光学显微镜（Optical Microscope，简写OM）是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。光学显微镜的使用范围非常的广泛，发展至今，也衍生出了非常多的类型，本文结合光学显微镜的结构组成，从人体工程视角探索光学显微镜的机械结构设计，从使用的安全性、科学性、可靠性的角度分析了光学显微镜的机械结构设计的规范和标准。 关键词：光学显微镜；机械结构；人体工程学 光学显微镜的结构主要有光学结构和机械结构组成，机械结构的部分不仅能对光学结构有很好的固定作用，还起着关键性的调节作用，机械结构能够发挥光学系统的最大功效，辅助光学系统完成相关的显微镜观察工作。光学显微镜的机械结构的部分主要在载物台、物镜转换器以及调焦装置等，这些机械结构的设计不仅要遵循基本的机械结构设计原则，还要保证在光学显微镜中的具体的光学操作，除此之外，设计的原则还要迎合人体操作的需求，使得光学显微镜的机械结构更加的吻合人体工程学的设计要求，使得光学显微镜使用更加的舒适方便。 一、光学显微镜的基本构造 对于光学显微镜的机械设计，我们首先要了解光学显微镜的构造组成部分，而且还要知道这些零部件的作用，只有熟知了这些零部件的作用和使用规范，我们才能更加合理的设计光学显微镜的机械结构部分，光学显微镜一般是由载物台、聚光照明系统、物镜，目镜和调焦机构组成。载物台的作用是放置被观察的物体，使用调焦旋钮来驱动调焦机构能完成对载物台的调节工作。聚光灯照明系统由聚光灯和光源组成，聚光灯的作用能够让光更多的聚集到被观察的部位。物镜距离载物台比较近，是第一级的放大装置。目镜则是于人眼靠近的第二级放大镜头。 这三部分是光学显微镜的重要组成部分，构成了光学显微镜的主要工作原理。 那么机械装置有哪些呢？一般光学显微镜的机械装置有镜座、镜臂、载物台、镜筒、物镜转换器、与调焦装置。这些机械装置的主要作用是固定和调节光学镜头，调节标本的位置等。其中镜座是支撑整个显微镜的装置，而镜臂则用来支撑精通和载物台。 二、基于人体工程学的光学显微镜的机械结构设计 人体工程学的设计原理主要是考虑到人体结构和机械结构尺寸，并且综合考虑到人们劳动、工作效果、工作效能等方面，利用系统工程、控制理论、统计学的原理设计出一系列的设计方法。具体到光学显微镜的机械结构设计中，我们就要考虑到人们的身体尺寸和应用习惯，首先我们从有关部分获得了我国成年人的人体部分尺寸的表格（表-1），以此为根据设计光学显微镜结构部分。 1、载物台的设计 从上面的介绍中我们知道，载物台的作用是用来放置被观察物体的，并且式样能够在载物台上自由的移动，以获取最佳的观察效果。一般的移动范围是30mm*70mm和50mm*70mm，主要的设计标准就是，载物台距离工作底面的距离于载物台和人体的水平距离，分别设为B1和B2，考虑到人在调节使用载物台的过程中的行为习惯，得出计算式。 其中y1和y2分别衣着修正指数和身体活动余量修正。同理得出B2的表达式。经过计算得出： B1=307～357mm B2=301～348mm 2、调焦机构设计 调焦机构用于调节光学结构以便于观察人员获取最佳的成像效果，调焦的动作主要包括了上下移动和粗微调节机构，如何合理的设计能够使得人在调焦的过程中更加的舒适和便捷。首先是调焦旋钮的位置，在具体的使用过程中，显微镜是放在工作台上的，我们无法获取具体的使用高度和姿势，所以我们只能将人体的上身活动分为三个维度的多个不同程度的拆解动作，分别为手肘在X、Y、Z轴上的旋转方向，并在matlab的环境下运行得出，人体的手臂舒适度域： 为了适应大多数人的使用习惯，我们从95百分位这一阶段的数据为设计的参考点，确定出调焦按钮的最佳设计尺寸，从而确定调焦按钮在光学显微镜中的位置。其次是调焦按钮的外形和尺寸，旋钮的截面形状对于人手的握持方式有着一定的影响，当旋钮和手掌的接触面积越大的时候，人手的贴合的程度越好，那么使用的手感就越好，但是太大了会让人手在长期的握持中增加疲劳感，所以对于旋钮的直径设计要求为。旋钮的直径设计保持在35mm-75mm之间，厚度的大小在20mm-50mm范围内波动。最后是旋钮的扭矩M，扭矩的大小设计也非常的重要，太大了会使握持不舒服，太小的话又不利于调焦的准确，由于人类的手部关节的操作力范围为12N-18N，根据人体工程学的计算方法得出M的大小为： 除了基本的形态和尺寸设计，我们还要考虑到载物台移动过程中的摩擦力设计，太小的摩擦力会让调节过程难以掌握精确度，阻力太大的话会增加人使用的机体劳累，所以适当的摩擦力设计也是机械结构设计中需要考虑的内容。 3、物镜转换器的设计 物镜转换器是迅速切换物镜的机械装置，有内定位和外定位两种，转换器的设计直接影响了成像的质量，根据人体工程学的原理，内定位型的转换器比较能够减轻操作的负担，同时还能节省操作台的空间，所以很多光学显微镜的采用内定位转换器，其设计也非常的满足心理学和生理学的设计要求。 结语 本文通过对光学显微镜的主要结构做了介绍，并对光学显微镜的机械部分的功能做了相应的阐述，利用人体工程学的设计理论，对光学显微镜的机械结构部分作出了具体的设计标准的研究，是符合我国当前光学显微镜制造标准的。 参考文献： [1]史红伟，石要武，杨爽等.光学显微镜自动调焦指导函数的评价与选择[J].计算机辅助设计与图形学学报，2013，25（2）：235-24
典型光学仪器的基本原理
1、光学仪器在国民生产和生活中各个领域广泛应用，绝大多数光学仪器可归纳为望远镜系统、显微镜系统和照明系统三类。 2、人眼构造：人眼本身就相当于一个摄影系统，外表大体呈球形，直径约为25mm，由角膜、瞳孔、房水、睫状体、晶状体和玻璃体等组成的屈光系统相当于成像系统的镜头，起聚焦成像作用。眼睛内的视网膜和大脑的使神经中枢等相当于成像系统的感光底片和控制系统，能够接收外界信号并成像。 3、视度调节：眼睛通过睫状肌的伸缩本能地改变水晶体光焦度的大小以实现对任意距离的物体自动调焦的过程称作眼睛的视度调节。 4、视觉调节：人眼除了随着物体距离的改变而调节晶状体曲率外，还可以在不同的明暗条件下工作，人眼能感受非常大范围的光亮度变化，即眼睛对不同的亮度条件下具有适应的调节能力，这种能力称为眼睛的视觉调节。 5、放大镜定义：放大镜(英文名称：magnifier)：用来观察物体细节的简单目视光学器件，是焦距比眼的明视距离小得多的会聚透镜。物体在人眼视网膜上所成像的大小正比于物对眼所张的角（视角）。 6、视角愈大，像也愈大，愈能分辨物的细节。移近物体可增大视角，但受到眼睛调焦能力的限制。使用放大镜，令其紧靠眼睛，并把物放在它的焦点以内，成一正立虚像。放大镜的作用是放大视角。 7、显微镜：显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。显微镜分光学显微镜和电子显微镜：光学显微
镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。 8、光学显微镜由目镜，物镜，粗准焦螺旋，细准焦螺旋，压片夹，通光孔，遮光器，转换器，反光镜，载物台，镜臂，镜筒，镜座，聚光器，光阑组成。 9、显微镜以显微原理进行分类可分为光学显微镜与电子显微镜。 10、光学显微镜：通常皆由光学部分、照明部分和机械部分组成。无
(完整版)光学仪器基本原理习题及答案
第四章 光学仪器基本原理 1．眼睛的构造简单地可用一折射球面来表示，其曲率半径为5.55mm ，内部为折射率等于4／3的液体，外部是空气，其折射率近似地等于1。试计算眼球的两个焦距。用右眼观察月球时月球对眼的张角为1°，问视网膜上月球的像有多大？ 解；眼球物方焦距；当s ’=∞时，f=﹣5.55／﹙4／3﹣1﹚=﹣16．65㎜=﹣1．665㎝ 眼球的象方焦距：f ＇=s ＇=mm 2.2213455.534 =-? 当u=1°时，由折射定律n 1sinu 1=n 2sinu 2 U 1=1°n 1=1,n 2=4∕3 像高l ＇=f ＇tanu 2=f ＇sinu 2=f ＇×3∕4 sin1o =22.2×3∕4×0.01746=0.29mm 2．把人眼的晶状体看成距视网膜2㎝的一个简单透镜。有人能看清距离在100㎝到300㎝ 间的物体。试问：⑴此人看清远点和近点时，眼睛透镜的焦距是多少？⑵为看清25㎝远的物体，需配戴怎样的眼镜？ 解：人眼s ＇=2cm. S 1=100cm.s 2=300cm 近点时透镜焦距'f =21002 100+?=1.961cm 远点时透镜焦距f ＇=23002 300+? =1.987cm 当s =﹣25cm 时s '=﹣100cm ﹦﹣1m 34125.0100.1111=+-=---=-'= Φs s D 300=度 3．一照相机对准远物时，底片距物镜18㎝，当镜头拉至最大长度时，底片与物镜相距20 ㎝，求目的物在镜前的最近距离？ 解：.18.0m f =' m s 20.0=' 照相机成像公式： f s s '=-'1 11 556.020.01 18.01111-=+-='+'-=s f s m s 8.1-= 目的物在镜前的最近距离为m 8.1
透射电子显微镜的原理及应用
透射电子显微镜的原理及应用 一．前言 人的眼睛只能分辨1/60度视角的物体，相当于在明视距离下能分辨0.1mm 的目标。光学显微镜通过透镜将视角扩大，提高了分辨极限，可达到2000A 。。光学显微镜做为材料研究和检验的常用工具，发挥了重大作用。但是随着材料科学的发展，人们对于显微镜分析技术的要求不断提高，观察的对象也越来越细。如要求分表几十埃或更小尺寸的分子或原子。一般光学显微镜，通过扩大视角可提高的放大倍数不是无止境的。阿贝（Abbe ）证明了显微镜的分辨极限取决于光源波长的大小。在一定波长条件下，超越了这个极限度，在继续放大将是徒劳的，得到的像是模糊不清的。 图1-1（a ）表示了两个点光源O 、P 经过会聚透镜L ，在平面上形成像O ，、P ，的光路。实际上当点光源透射会聚成像时，由于衍射效应的作用在像平面并不能得到像点。图1-1（b ）所示，在像面上形成了一个中央亮斑及周围明暗相间圆环所组成的埃利斑（Airy ）。图中表示了像平面上光强度的分布。约84%的强度集中在中央亮斑上。其余则由内向外顺次递减，分散在第一、第二……亮环上。一般将第一暗环半径定义为埃利斑的半径。如果将两个光源O 、P 靠拢，相应的两个埃利斑也逐渐重叠。当斑中心O ，、P ，间距等于案例版半径时，刚好能分辨出是两个斑，此时的光点距离d 称为分辨本领，可表示如下： α λsin 61.0d n = （1-1） 式中，λ为光的波长，n 为折射系数，α孔径半角。上式表明分辨的最小距离与波长成正比。在光学显微镜的可见光的波长条件下，最大限度只能分辨2000A 。。于是，人们用很长时间寻找波长短，又能聚焦成像的光波。后来的X 射线和γ射线波长较短，但是难以会聚聚焦。 1924年德布罗（De Broglie ）证明了快速粒子的辐射，并发现了一种高速运动电子，其波长为0.05A 。，这比可见的绿光波长短十万倍！又过了两年布施（Busch ）提出用轴对称的电场和磁场聚焦电子线。在这两个构想基础上，1931-1933年鲁斯卡（Ruska ）等设计并制造了世界上第一台透射电子显微镜。经
光学显微镜的发展历史
光学显微镜的发展历史、现状与趋势 杨拓拓 (苏州大学现代光学技术研究所，江苏苏州215000) 1基本原理 显微镜成像原理及视角放大率 显微镜由物镜和目镜组成。物体AB 在物镜前焦面稍前处，经物镜成放大、倒立的实像A'B'，它位于目镜前焦面或稍后处，经目镜成放大的虚像，该像位于无穷远或明视距离处。 图1-1显微镜系统光路图 牛顿放大率公式： f f x x ''= 'x 是像点到像方焦点的距离，x 是物点到物方焦点的距离。 根据牛顿放大率公式可得物镜的垂轴放大率为 '1'1'11--f f x ?== β 目镜的视觉放大率为： '22250 f =Γ 组合系统的放大率为 '1f
'2'121250f f ? -=Γ=Γβ 显微镜系统的像方焦距 ?-=/'2'1'f f f '250 f = Γ 显微镜系统成倒像轴向放大率 '2'1'2'1/f f x x =β 若物点A 沿光轴移动很小的距离，则通过显微镜系统的像点'2A 将移动很大的距离，且移动 方向相同。 显微系统的角放大率 '2'1'2'1/x x f f =γ 即入射于物镜为大孔径光束，而由目镜射出为小孔径光束。 显微镜的孔径光阑 单组低倍显微物镜，镜框是孔径光阑。 复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑。 对于测量显微镜，孔阑在物镜的象方焦面上，构成物方远心光路。 显微镜的视场光阑和视场 在显微物镜的象平面上设置了视场光阑来限制视场。由于显微物镜的视场很小，而且要求象面上有均匀的照度，故不设渐晕光阑。 显微镜是小视场大孔径成像，为获得大孔径并保证轴上点成像质量，显微镜线视场不超过物镜的1/20,线视场要求： 1'120202β?=≤f y
试验二普通光学显微镜的使用及细菌的简单染色和革兰氏染色
实验二普通光学显微镜的使用及细菌的简单染色和革兰氏染色普通光学显微镜的使用 一、实验目的 以染色玻片及活菌为例，熟练掌握显微镜油镜的使用方法。 二、显微镜油镜使用的原理 1 普通光学显微镜的基本构造 （1）光学部分: 接目镜、接物镜、照明装置(聚光镜、虹彩光圈、反光镜等)。它使检视物放大, 造成物象。（2）机械部分: 镜座、镜臂、镜筒、物镜转换器、载物台、载物台转移器、粗调节器、细调节器等部件。它起着支持、调节、固定等作用。2 显微镜的放大倍数和分辨率（1）放大倍数=接物镜放大倍数×接目镜放大倍数 （2）显微镜的分辨率：表示显微镜辨析物体（两端）两点之间距离的能力，可用公式表示为： D=λ/2n·sin(α/2 ) 式中D：物镜分辨出物体两点间的最短距离。 λ：可见光的波长（平均0.55μm） n: 物镜和被检标本间介质的折射率。 a：镜口角（即入射角）。3 油镜使用的原理 油镜，即油浸接物镜。当光线由反光镜通过玻片与镜头之间的空气时，由于空气与玻片的密度不同，使光线受到曲折，发生散射，降低了视野的照明度。若中间的介质是一层油（其折射率与玻片的相近），则几乎不发生折射，增加了视野的进光量，从而使物象更加清晰。 三、实验材料 1 显微镜、香柏油、二甲苯、擦镜纸、吸水纸、盖玻片、接种环、酒精灯等。 2 细菌三种形态的玻片染色标本。 3 培养12-18h的枯草芽孢杆菌。四、实验方法与步骤 1 染色细菌玻片的油镜观查 （1）用前检查：零件是否齐全，镜头是否清洁。 （2）调节光亮度。 （3）低倍镜观察：先粗调再微调至物象清晰。
（4）转入中倍、高倍观察，每一不只需调微调旋纽即可看到清晰的物象。 （5）油镜观察：高倍镜下找到清晰的物象后，旋转转换器，在标本中央滴一滴香柏油，使油镜镜头浸入香柏油中，细调至看清物象为止。 （6）绘出所观察到的细菌形态图像。 （7）、换片：另换新片观察，必须从（3）步开始操作。 （8）、用后复原：观察完毕，上悬镜筒，先用擦镜纸擦去油镜头上的香柏油，然后再用擦镜纸沾取少量二甲苯擦去残留的油，最后用擦镜纸擦去残留的二甲苯，后将镜体全部复原。 2 活菌制片观察 取一张干净的载玻片，在其中央滴上一滴干净的蒸馏水，取培养12-18h的枯草芽孢杆菌一小环，在水滴上反复涂抹至菌体充分分散，盖上盖玻片，用吸水纸吸去多余的水分，按照油镜的使用步骤，观察草芽孢杆菌形态，边观察边绘图。 五、实验报告 油镜使用的原理 六、思考题 1 油镜与普通物镜在使用方法上有何不同？应特别注意些什么？ 2 使用油镜时，为什么必须用镜头油？ 3 镜检标本时，为什么先用低倍镜观察，而不是直接用高倍镜或油镜观察？ 七、实验注意事项 1 不准擅自拆卸显微镜的任何部件,以免损坏。 2 镜面只能用擦镜纸擦，不能用手指或粗布，以保证光洁度。 3 观察标本时，必须依次用低、中、高倍镜，最后用油镜。当目视接目镜时，特别在使用油镜时，切不可使用粗调节器，以免压碎玻片或损伤镜面。 4 观察时，两眼睁开，养成两眼能够轮换观察的习惯，以免眼睛疲劳，并且能够在左眼观察时，右眼注视绘图。 5 拿显微镜时，一定要右手拿镜臂，左手托镜座，不可单手拿，更不可倾斜拿。 6 显微镜应存放在阴凉干燥处，以免镜片滋生霉菌而腐蚀镜片。 细菌的简单染色和革兰氏染色 一、实验目的 1 学习微生物涂片、染色的基本技术，掌握细菌的简单染色方法及革兰氏染色。 2 了解革兰氏染色法的原理及其在细菌分类鉴定中的重要性。 二、实验原理 1 简单染色的原理
显微镜基础知识
显微镜基础知识 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。 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
光学显微镜的原理及构造
光学显微镜的原理及构造显微镜是人类认识物质微观世界的重要工具，是现代科学研究工作不可缺少的仪器之一。显微镜自1666年问世以来已有300多年的历史了，其间随着科学技术不断发展，显微镜的品种不断增加，结构和性能逐步得到完善和提高。 根据不同的使用用途，光学显微镜可分为普通光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、倒置显微镜、体视显微镜、偏光显微镜等10多种。目前，世界上许多国家都可以生产光学显微镜，牌名、种类繁杂，其中德国、日本等国制造的显微镜品质、数量占优势，但价格昂贵。 对于现代的光学显微镜，包括各种简单的常规检验用显微镜、万能研究以及万能照相显微镜等，首先要认识其构造及各部件的功能，同时要掌握正确的调试、使用和保养方法，才能在实际应用中面对各种要求时以不同的显微镜检方法，充分发挥显微镜应有的功能，提高常规检验工作效率. 光学显微镜的原理和构造 随着科学技术的发展，显微镜检方法由最传统的明视野、暗视野发展出了相差法、偏光方法；荧光方法也由透射光激发进展为落射光激发，使荧光效率大为提高；微分干涉相衬方法基于偏光方法，而巧妙地利用了微分干涉棱镜，使之能应用于医学与生物学的样品，又能应用于金相样品的分析与检验。 下面以德国ZEISS公司生产的Axioplan万能研究用显微镜，简单介绍万能显微镜的基本组成部件。 1. 显微镜主机体（stand） 显微镜的主机体设计成金字塔形，而底座的截面呈T字形，使显微镜的整体相当稳固。显微镜的光学部件和机构调节部件、光源的灯室、显微照相装置、电源变压稳压器等，都可安装在主机体上或主机体内。 2. 显微镜的底座（base） 底座和主机体通常组成一个稳固的整体。底座内通常装有透射光照明光路系统（聚光、集光和反光）部件，光源的滤光片组，粗/微调焦机构，光源的视场光阑也安装在底座上。 3. 透射光光源（tranilluminator） 透射光光源由灯室（lamp housing）、灯座（lamp socket）、卤素灯（halogen lamp）、集光与聚光系统（lamp collector and lamp condenser）及其调整装置组成。 4. 透射光光源与反射光光源的转换开关（toggle switch） 这是新一代AXIO系列显微镜特有的装置，透射光和反射光可通用。当具有透/反两用的配置时，利用这一转换开关能方便而又迅速的使透射光 和反射光互相转换。在纯透射光的配置中，这一开关就改为电源开关。
实验一 普通光学显微镜的构造和使用
实验一普通光学显微镜的构造和使用 一、目的要求 1.掌握普通光学显微镜的基本构造、使用方法、保护要点。 2.掌握普通光学显微镜油浸系的原理。 3.使用油镜观察几种细菌的基本形态。 二、显微镜的基本构造 显微镜由机械装置和光学系统两大部分组成（图1-1）。 光学显微镜的构造(图1-1) 1. 物镜转换器 2. 接物镜 3.游标卡尺 4.载物台 5.聚光器 6. 彩虹光阑 7.光源 8. 镜座 9. 电源开关 10. 光源滑动变阻器 11. 粗调螺旋 12. 微调螺旋 13. 镜臂 14.镜筒 15.目镜 16.标本移动螺旋 1．机械装置 镜座（base）和镜臂（arm）镜座位于显微镜底部，呈马蹄形，它支持全镜。镜臂有固定式和活动式两种，活动式的镜臂可改变角度。镜臂支持镜筒。 镜筒（body tube）是由金属制成的圆筒，上接目镜，下接转换器。镜筒有单筒和双筒两种，单筒又可分为直立式和后倾式两种。而双筒则都是倾斜式的，倾斜式镜筒倾斜45°。双筒中的一个目镜有屈光度调节装置，以备在两眼视力不同的情况下调节使用。
转换器（no sepiece）为两个金属碟所合成的一个转盘，其上装3—4个物镜，可使每个物镜通过镜筒与目镜构成一个放大系统。 载物台（stage）又称镜台，为方形或圆形的盘，用以载放被检物体，中心有一个通光孔。在载物台上有的装有两个金属压夹称标本夹，用以固定标本；有的装有标本推动器，将标本固定后，能向前后左右推动。有的推动器上还有刻度，能确定标本的位置，便于找到变换的视野。 调焦装置是调节物镜和标本间距离的机件，有粗动螺旋（coarse adjustment）即粗调节器和微动螺旋（fine adjustment）即细调节器，利用它们使镜筒或镜台上下移动，当物体在物镜和目镜焦点上时，则得到清晰的图像。2．光学系统 物镜（objective）物镜安装在镜筒下端的转换器上，因接近被观察的物体，故又称接物镜。其作用是将物体作第一次放大，是决定成像质量和分辨能力的重要部件。物镜上通常标有数值孔径、放大倍数、镜筒长度、焦距等主要参数。如：NA0．30；10×；160/0．17；16mm。其中“NA0．30”表示数值孔径（numerical aperture，简写为NA），“10×”表示放大倍数，“160/0．17”分别表示镜筒长度和所需盖玻片厚度（mm），16mm表示焦距。 目镜（ocular lens）装于镜筒上端，由两块透镜组成。镜把物镜造成的像再次放大，不增加分辨力，上面一般标有7×、10×、15×等放大倍数，可根据需要选用。一般可按与物镜放大倍数的乘积为物镜数值孔径的500—700倍，最大也不能超过1000倍的选择。目镜的放大倍数过大，反而影响观察效果。 聚光器（condenser）光源射出的光线通过聚光器汇聚成光锥照射标本，增强照明度和造成适宜的光锥角度，提高物镜的分辨力。聚光器由聚光镜和虹彩光圈（iris diaphragm）组成，聚光镜由透镜组成，其数值孔径可大于1，当使用大于1的聚光镜时，需在聚光镜和载玻片之间加香柏油，否则只能达到1．0。虹彩光圈由簿金属片组成，中心形成圆孔，推动把手可随意调整透进光的强弱。调节聚光镜的高度和虹彩光圈的大小，可得到适当的光照和清晰的图像。 光源（light source）较新式的显微镜其光源通常是安装在显微镜的镜座内，通过按钮开关来控制；老式的显微镜大多是采用附着在镜臂上的反光镜，反光镜是一个两面镜子，一面是平面，另一面是凹面。在使用低倍和高倍镜观察时，用平面反光镜；使用油镜或光线弱时可用凹面反光镜。 滤光片（filter）可见光是各种颜色的光组成的，不同颜色的光线波长不同。如只需某一波长的光线时，就要用滤光片。选用适当的滤光片，可以提高分辨力，增加影像的反差和清晰度。滤光片有紫、青、蓝、绿、黄、橙、红等各种颜色的，分别透过不同波长的可见光，可根据标本本身的颜色，在聚光器下加相应的滤光片。 三、油镜物镜的基本原理 微生物学研究用的显微镜的物镜通常有低倍物镜（16mm，10×）、高倍物镜（4mm，40—45×）和油镜（1．8 mm，95—100×）三种。油镜通常标有黑圈或红圈，也有的以“OI（oil immer-sion）字样表示，它是三者中放大倍数最大的。根据使用不同放大倍数的目镜，可使被检物体放大1000—2 000多倍。从图Ⅲ-3中可看出油镜的焦距和工作距离（标本在焦点上看得最清晰时，物镜与样品之间的距离）最短，光圈则开得最大，因此，在使用油镜观察时，镜头离标本十分近，需特别小心。
显微镜的原理和
显微镜的原理和使用方法
显微镜的原理和使用方法-装片的制作 显微镜的结构和使用 （2）显微镜的成像 ①光源（天然光或人工光源）→反光镜→光圈→物体→物镜（凸透镜）→在镜筒内形成物体放大的实像→目镜→把经物镜形成放大的实像进一步放大 ②显微镜放大倍数=物镜放大倍数×目镜放大倍数 （3）高倍显微镜的使用 ①用低倍显微镜观察 取镜与安放： a. 右手握镜臂，左手托镜座。
b. 显微镜放在实验台的前方稍偏左。 对光： a. 转动转换器，使低倍物镜对准通光孔。 b. 选一较大的光圈对准通光孔，左眼注视目境，转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒内，通过目镜，可能看到自亮的视野。 低倍镜观察： a. 把所要观察的玻片标本放在载物台上，用压片夹压住，标本要正对通光孔的中心。 b. 转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到物镜接近玻片标本为止（此时实验者的眼睛应当看物镜镜头与标本之间，以免物镜与标本相撞）。
c. 左眼看目镜内，同时反向缓缓转动粗准焦螺旋，使镜筒上升，直到看到物像为止，再稍稍转动细准焦螺旋，使看到的物像更加清晰。 ②高倍镜观察 a. 移动装片，在低倍镜下使需要放大观察的部分移动到视野中央。 b. 转动转换器，移走低倍物镜，转换为高倍物镜。 c. 调节光圈，使视野亮度适宜。 d. 缓缓调节细准焦螺旋，使物像清晰 ③注意事项 a. 使用显微镜一定要严格按照取镜→安放→对光→压片→观察的程序进行。 b. 下降镜筒时，一定要用双眼从侧面注视物镜，使之接近装片，但又要防止镜头触及装片。否则会压碎装片和损坏物镜（l0x物镜的工作距离为0. 5-1 cm）。 c. 有必要使用高倍物镜时，必须先在低倍物镜下将目标移到视野的中心，然后换用高倍物镜。因为在低倍物镜下看到的物像放大倍数小，但看到的标本实际面积大，容易找到目标；与低倍物镜相比，高倍物镜下看到的物像人，同样的视野面积看到的标本的实际面积小，在装片不动的情况下，高倍物镜看到的只是低倍物镜视野的中心部分。
光学显微镜的工作原理
光学显微镜的工作原理 显微镜就是一种精密的光学仪器,已有300多年的发展史。自从有了显微镜,人们瞧到了过去瞧不到的许多微小生物与构成生物的基本单元——细胞。目前,不仅有能放大千余倍的光学显微镜,而且有放大几十万倍的电子显微镜,使我们对生物体的生命活动规律有了更进一步的认识。在普通中学生物教学大纲中规定的实验中,大部分要通过显微镜来完成,因此,显微镜性能的好坏就是做好观察实验的关键。 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、反光镜与聚光器四个部件。广义的说也包括照明光源、滤光器、盖玻片与载玻片等。 (一)、物镜 物镜就是决定显微镜性能的最重要部件,安装在物镜转换器上,接近被观察的物体,故叫做物镜或接物镜。 1、物镜的分类 物镜根据使用条件的不同可分为干燥物镜与浸液物镜;其中浸液物镜又可分为水浸物镜与油浸物镜(常用放大倍数为90—100倍)。 根据放大倍数的不同可分为低倍物镜(10倍以下)、中倍物镜(20倍左右)高倍物镜(40—65倍)。 根据像差矫正情况,分为消色差物镜(常用,能矫正光谱中两种色光的色差的物镜)与复色差物镜(能矫正光谱中三种色光的色差的物镜,价格贵,使用少)。 2、物镜的主要参数: 物镜主要参数包括:放大倍数、数值孔径与工作距离。 ①、放大倍数就是指眼睛瞧到像的大小与对应标本大小的比值。它指的就是长度的比值而不就是面积的比值。例:放大倍数为100×,指的就是长度就是1μm的标本,放大后像的长度就是100μm,要就是以面积计算,则放大了10,000倍。 显微镜的总放大倍数等于物镜与目镜放大倍数的乘积。 ②、数值孔径也叫镜口率,简写NA 或A,就是物镜与聚光器的主要参数,与显微镜的分辨力成正比。干燥物镜的数值孔径为0、05-0、95,油浸物镜(香柏油)的数值孔径为1、25。 ③、工作距离就是指当所观察的标本最清楚时物镜的前端透镜下面到标本的盖玻片上面的距离。物
透射电子显微镜的原理
透射电子显微镜的原理 XXX （大庆师范学院物理与电气信息工程学院 2008级物理学 200801071293 黑龙江大庆163712） 摘要：透射电子显微镜在成像原理上与光学显微镜类似。它们的根本不同点在于光学显微镜以可见光作照明束，透射电子显微镜则以电子为照明束。在光学显微镜中将可见光聚焦成像的玻璃透镜，在电子显微镜中相应的为磁透镜。由于电子波长极短，同时与物质作用遵从布拉格(Bragg)方程，产生衍射现象，使得透射电镜自身在具有高的像分辨本领的同时兼有结构分析的功能。 关键词：第一聚光镜；第二聚光镜；聚光镜阑；物镜光阑；选择区光阑；中间镜 作者简介：XXX（1988-），黑龙江省绥化市绥棱县，物理与电气信息工程学院学生。 0引言： 工业多相催化剂是极其复杂的物理化学体系。长期以来,工业催化剂的制备很大程度上依赖于经验和技艺,而难以从原子分子水平的科学原理方面给出令人信服的形成机制。为开发更高活性、选择性和稳定性的新型工业催化剂,通过各种表征技术对催化剂制备中的过程产物及最终产品进行表征是一个关键性的基础工作。在当前各种现代表征手段中,透射电子显微镜尤其是高分辨透射电子显微镜,可以在材料的纳米、微米区域进行物相的形貌观察、成分测定和结构分析,可以提供与多相催化的本质有关的大量信息,指导新型工业催化剂的开发。 为什么透射电子显微镜有如此高的分辨率那？本文阐述了透射电子显微镜的工作原理。 1透射电子显微镜的定义/组成 1.1定义 在一个高真空系统中，由电子枪发射电子束， 穿过被研究的样品，经电子透镜聚焦放大，在荧光 屏上显示出高度放大的物像，还可作摄片记录的一 类最常见的电子显微镜称为透射电子显微镜。[1] 1.2组成 透射电子显微镜由照明系统、成像系统、记录 系统、真空系统和电器系统组成。（如图1） 2透射电子显微镜的照明系统 照明系统的作用是提供亮度高、相干性好、束 流稳定的照明电子束。它主要由发射并使电子加速 的电子枪和会聚电子束的聚光镜组成。
光学显微镜的发展历史
杨拓拓 (苏州大学现代光学技术研究所，江苏苏州215000) 1基本原理 显微镜成像原理及视角放大率 显微镜由物镜和目镜组成。物体AB 在物镜前焦面稍前处，经物镜成放大、倒立的实像A'B'，它位于目镜前焦面或稍后处，经目镜成放大的虚像，该像位于无穷远或明视距离处。 图1-1显微镜系统光路图 牛顿放大率公式： f f x x ''= 'x 是像点到像方焦点的距离，x 是物点到物方焦点的距离。 根据牛顿放大率公式可得物镜的垂轴放大率为 '1'1'11--f f x ?== β 目镜的视觉放大率为： '22250 f =Γ 组合系统的放大率为 '2'121250f f ? -=Γ=Γβ 显微镜系统的像方焦距 ?-=/'2'1'f f f '250 f = Γ 显微镜系统成倒像轴向放大率 ' 1 f
'2'1'2'1/f f x x =β 若物点A 沿光轴移动很小的距离，则通过显微镜系统的像点'2A 将移动很大的距离，且移动 方向相同。 显微系统的角放大率 '2'1'2'1/x x f f =γ 即入射于物镜为大孔径光束，而由目镜射出为小孔径光束。 显微镜的孔径光阑 单组低倍显微物镜，镜框是孔径光阑。 复杂物镜一般以最后一组透镜的镜框作为孔径光阑。 对于测量显微镜，孔阑在物镜的象方焦面上，构成物方远心光路。 显微镜的视场光阑和视场 在显微物镜的象平面上设置了视场光阑来限制视场。由于显微物镜的视场很小，而且要求象面上有均匀的照度，故不设渐晕光阑。 显微镜是小视场大孔径成像，为获得大孔径并保证轴上点成像质量，显微镜线视场不超过物镜的1/20,线视场要求： 1 '120202β?=≤f y 显微镜的分辨率和有效放大率 光学仪器分辨率 瑞利判据：两个相邻的“点”光源所成的像是两个衍射斑，若两个等光强的非相干点像之间的间隔等于艾里圆的半径，即一个像斑的中心恰好落在另一个像斑的第一暗环处，则这两个点就是可分辨的点。当物面在无穷远时，以两点对光学系统的张角可表示两分辨点的距离，其值为：
显微镜的原理和使用方法
显微镜的原理和使用方法-装片的制作 显微镜的结构和使用 （2）显微镜的成像 ①光源（天然光或人工光源）→反光镜→光圈→物体→物镜（凸透镜）→在镜筒形成物体放大的实像→目镜→把经物镜形成放大的实像进一步放大 ②显微镜放大倍数=物镜放大倍数×目镜放大倍数 （3）高倍显微镜的使用 ①用低倍显微镜观察 取镜与安放： a. 右手握镜臂，左手托镜座。 b. 显微镜放在实验台的前方稍偏左。 对光： a. 转动转换器，使低倍物镜对准通光孔。 b. 选一较大的光圈对准通光孔，左眼注视目境，转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒，通过目镜，可能看到自亮的视野。 低倍镜观察： a. 把所要观察的玻片标本放在载物台上，用压片夹压住，标本要正对通光孔的中心。 b. 转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到物镜接近玻片标本为止（此时实验者的眼睛应当看物镜镜头与标本之间，以免物镜与标本相撞）。 c. 左眼看目镜，同时反向缓缓转动粗准焦螺旋，使镜筒上升，直到看到物像为止，再稍稍转动细准焦螺旋，使看到的物像更加清晰。 ②高倍镜观察 a. 移动装片，在低倍镜下使需要放大观察的部分移动到视野中央。
b. 转动转换器，移走低倍物镜，转换为高倍物镜。 c. 调节光圈，使视野亮度适宜。 d. 缓缓调节细准焦螺旋，使物像清晰 ③注意事项 a. 使用显微镜一定要严格按照取镜→安放→对光→压片→观察的程序进行。 b. 下降镜筒时，一定要用双眼从侧面注视物镜，使之接近装片，但又要防止镜头触及装片。否则会压碎装片和损坏物镜（l0x物镜的工作距离为0. 5-1 cm）。 c. 有必要使用高倍物镜时，必须先在低倍物镜下将目标移到视野的中心，然后换用高倍物镜。因为在低倍物镜下看到的物像放大倍数小，但看到的标本实际面积大，容易找到目标；与低倍物镜相比，高倍物镜下看到的物像人，同样的视野面积看到的标本的实际面积小，在装片不动的情况下，高倍物镜看到的只是低倍物镜视野的中心部分。 d. 换高倍物镜时，千万不可将镜筒升高，正确的做法是直接转动转换器，换上高倍物镜即可。 e. 使用高倍物镜之后，透镜与装片之间的距离很近，使用粗准焦螺旋容易压碎玻片和损坏透镜，或者由于物像一闪而过，找不到要观察的目标．因此，必须用细准焦螺旋调焦，细准焦螺旋只在调节图像清晰度时使用。 ④原理说明 1. 识别镜头：（1）目镜：装在镜筒的上端，通常备有2－3个，上面刻有5×、10×或15×符号以表示其放大倍数，一般装的是10×的目镜。放大倍数越大镜筒越短。（2）物镜：装在镜筒下端的转换器上，一般有2-3个物镜，其中最短的刻有“10×”符号的为低倍镜，较长的刻有“40×”符号的为高倍镜，放大倍数越大镜筒越长 2. 放大倍数：显微镜的放大倍数是物镜的放大倍数与目镜的放大倍数的乘积，如物镜为10×，目镜为10×，其放大倍数就为10×10=100。放大的是物体的直线长度和宽度而不是面积。 3. 工作距离：是指显微镜处于工作状态（物象调节清楚）时物镜的下表面与盖玻片（盖玻片的厚度一般为0.17mm）上表面之间的距离，物镜的放大倍数愈大，它的工作距离愈小。如物镜是10×的工作距离比物镜是40×的工作距离大。 4. 明暗程度：（1）显微镜用光源，自然光和灯光都可以，以灯光较好，因光色和强度都容易控制。（2）反光镜它有平、凹两面，再经通光孔照至标本。可向任意方向转动，凹面镜聚光作用强，适于光线较弱时使用，平面镜聚光作用弱，适于光线较强时使用。（3）光圈或遮光器在通光孔下方，光圈由十几金属薄片组成，其外侧伸出一柄，推动它可调节其开孔的大小，以调节进光量；遮光器由几个直径大小不同的孔组成，选择某一孔以确定进光量。 5. 物像：镜下见到的是完全的倒像，即标本位于玻片右上角时在镜下的左下角位置出现，移动的规律是物象在镜下的左下角时将玻片向左下角移动可以将物象移到视野的中央来。但是物体的运动方向不变，即标本中细胞质是顺时针方向流动的，镜下仍为顺时针流动。 6. 污物的位置：在视野中常看到污物，要明确污物不会在反光镜上，因为反光镜的作用是将光源光线反射到玻片标本上；确定污物的位置首先移动玻片如污物随之移动即污物在玻片上；如污物不动，再转动目镜污物也随之转动即污物在目镜上；否则在物镜上。 7. 普通光学显微镜下可以见到的细胞结构有：细胞壁、细胞核、液泡、叶绿体、线粒体、核仁，在质壁分离时可见到细胞膜，有丝分裂时可见到染色体。 8. 玻片标本：必须是透明的，要使光线能透过标本部。常用的种类有切片（洋葱根尖纵切片）；装片（洋葱表皮临时装片）；压片（洋葱根尖临时压片观察有丝分裂）；涂片（血涂片、自生固氮菌的临时涂片）。 ⑤相关原理例析
光学显微镜成像原理
物体介于物镜的焦距和二倍焦距之间，成倒立放大的实相，据凸透镜成像规律，知实相在异侧二倍焦距之外。实相位于目镜焦点或者焦点之内，被再次放大，形成放大的虚像。而人的眼睛是可以看到虚像的（这个原理自然清楚）。要搞清显微镜的使用原理，就得对物理中的凸透镜成像有所理解。 { 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，目视分辨率ε=2'的眼睛，能清楚地区分大小为0.15mm的物体细节。 在观测视角小于1'的物体时，必须使用放大仪器。放大镜和显微镜是用于观测放置在观测人员近处应予放大的物体的。 （一）放大镜的成像原理 表面为曲面的玻璃或其他透明材料制成的光学透镜可以使物体放大成像，光路图如图1所示。位于物方焦点F以内的物AB，其大小为y，它被放大镜成一大小为y'的虚像A'B'。 放大镜的放大率 Γ=250/f' 式中250--明视距离，单位为mm f'--放大镜焦距，单位为mm 该放大率是指在250mm的距离内用放大镜观察到的物体像的视角同没有放大镜观察到的物体视角的比值。 （二）显微镜的成像原理 显微镜和放大镜起着同样的作用，就是把近处的微小物体成一放大的像，以供人眼观察。只是显微镜比放大镜可以具有更高的放大率而已。 图2是物体被显微镜成像的原理图。图中为方便计，把物镜L1和目镜L2均以单块透镜表示。物体AB位于物镜前方，离开物镜的距离大于物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。所以，它经物镜以后，必然形成一个倒立的放大的实像A'B'。A'B'位于目镜的物方焦点F2上，或者在很靠近F2的位置上。再经目镜放大为虚像A''B''后供眼睛观察。虚像A''B''的位置取决于F2和A'B'之间的距离，可以在无限远处（当A'B'位于F2上时），也可以在观察者的明视距离处（当A'B'在图中焦点F2之右边时）。目镜的作用与放大镜一样。所不同的只是眼睛通过目镜所看到的不是物体本身，而是物体被物镜所成的已经放大了一次的像。 （三）显微镜的重要光学技术参数 在镜检时，人们总是希望能清晰而明亮的理想图象，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。
实验三-普通光学显微镜的使用方法及细菌的革兰氏染色法
实验三-普通光学显微镜的使用方法及细菌的革兰氏染色法
实验三普通光学显微镜的使用及细菌的简单染色、革兰氏染色法 生科15.2 周罡201500181104 【实验目的】 1.复习光学显微镜的结构、各部分的功能和使用方法。 2.学习并掌握油镜的原理和使用方法。 3.掌握利用显微镜观察不同微生物的基本技能，了解球菌、杆菌、放线菌、酵母、真菌在光学显微镜下的基本形态特征。 4.学习并掌握微生物的制片及简单染色的基本要求。 5.学习并掌握革兰氏染色法。 6.了解革兰氏染色原理。 7.巩固显微镜操作技术及无菌操作技术。【实验原理】 （一）普通显微镜的基本原理 1.基本原理 现代普通光学显 微镜利用目镜和物镜 两组透镜系统来昂达 成像，故又称为复式显 微镜。它们包括机械部
分和光学部分两部分。机械部分包括镜座、镜臂、镜筒、载物台、物镜转换器、粗调节螺旋、细调节螺旋、标本夹等。光学部分包括接目镜、接物镜、反光镜、光圈（虹采）、聚光镜（集光器）等。 显微镜的放大效能（分辨率）是由所用光波长短和物镜数值口径决定，缩短使用的光波波长或增加数值口径可以提高分辨率，可见光的光波幅度比较窄，紫外光波长短可以提高分辨率，但不能用肉眼直接观察。所以利用减小光波长来提高光学显微镜分辨率是有限的，提高数值口径是提高分辨率的理想措施。要增加数值口径，可以提高介质折射率，当空气为介质时折射率为1，而香柏油的折射率为1.51，和载片玻璃的折射率（1.52）相近，这样光线可以不发生折射而直接通过载片、香柏油进入物镜，从而提高分辨率。显微镜总的放大倍数是目镜和物镜放大倍数的 乘积，而物镜的放大倍数越高，分辨率越高。 2.油镜微生物学使用的显微镜的物镜通 常有低倍镜（10×）、高倍镜（40×）和油镜（100×），油镜是三者中放大倍数最大的，油镜的焦距和工作距离最短，油镜与其他物镜不同的是载玻片与