显微镜是人类各个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前，人类关于周围世界的 观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。 显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的” 微小动物和植物，以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发 现新物种，有助于医生治疗疾病。上图：这是17世纪英国科学家罗伯特· 胡克的显微镜。它有 一根内装透镜的简易皮管，安放在一个可调整的架子上。灌满水的玻璃球用来把光聚焦到物 体上。 最早的显微镜是16世纪末期在荷兰制造出来的。发明者可能是一个叫做札恰里亚斯· 詹森 的荷兰眼镜商，或者另一位荷兰科学家汉斯· 利珀希，他们用两片透镜制作了简易的显微镜， 但并没有用这些仪器做过任何重要的观察。 后来有两个人开始在科学上使用显微镜。第一个是意大利科学家伽利略。他通过显微镜 观察到一种昆虫后，第一次对它的复眼进行了描述。第二个是荷兰亚麻织品商人安东尼· 凡· 列 文虎克（1632年-1723年），他自己学会了磨制透镜。他第一次描述了许多肉眼所看不见的微 小植物和动物。 1931年，恩斯特· 鲁斯卡通过研制电子显微镜，使生物学发生了一场革命。这使得科学家 能观察到像百万分之一毫米那样小的物体。1986年他被授予诺贝尔奖。
5.视场直径 观察显微镜时，所看到的明亮的圆形范 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，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。视场直径愈大，愈便于 观察。 6.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，从而产生了相差，这就是覆盖差。 覆盖差的产生影响了显微镜的成响质量。 国际上规定，盖玻片的标准厚度为0.17mm，许可范围 在0.16-0.18mm，在物镜的制造上已将此厚度范围的相差 计算在内。物镜外壳上标的0.17，即表明该物镜所要求的 盖玻片的厚度。 7.工作距离 WD
二、成象原理
物体位于物镜前方，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。 放大的实像位于目镜的物方焦点上，或者在很靠近 F2的位置上。再经目镜放大为虚像后供眼睛观察。虚像 的位置取决于物方焦点和放大实像之间的距离，可以在 无限远处，也可以在观察者的明视距离处。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。
一、基本光学原理
1.折射
2.透镜的性能 3.凸透镜的五种成象规律
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。
第一节 光学显微镜的发展历史
早在公元前一世纪，人们就已发现球形透明物体 可使物体放大成像。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 和德国的开普勒通过实验研究出合理的显微镜光路结 构。
显微镜的构造概说
• • • • • • 目镜 镜筒 旋转盘 高倍物镜 低倍物镜 镜臂 • 固定夹 • 载物台 • 粗调节 轮 • 细调节 轮 • 反光镜( 灯光) • 光圈
目镜
•放大倍率有10X / 15X ，可因应个人的双眼 距离来调整
镜筒
• 介于接目镜与接物镜 之间
旋转盘
•接于镜筒下方，通常 有三个接孔，可接不 同倍数的接物镜，本 身可以旋转藉以更换 不同倍数的接物镜。
镜座
•显微镜之最底部。
不同显微镜物镜的特性比较 [光(450nm时可以达到的分辨率)]
物镜特性 搜索物镜 低倍镜 高倍镜 油镜
放大倍数 4× 10× 40~45× 90 ×
数值孔径值 0.10 0.25 0.55~0.65
焦深 40mm 16mm 4mm
工作距离 17~20mm 4~8mm
蓝光 2.3 m 0.9μm
Numerical Aperature
Resolution
Rayleigh Criterion
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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，而凸透镜则成倒立实 像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。
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。
第二节 显微镜原理
1665年前后，英国的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。 1673～1677年期间，荷兰的列文胡克制成单组元放大 镜式的高倍显微镜。 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。
第三节 照明方法
显微镜的照明方法按其照明光束的形成，可分 为“透射式照明”，和“落射式照明”两大类。前者 适用于透明或半透明的被检物体，绝大数生物显微镜 属于此类照明法；后者则适用于非透明的被检物体， 光源来自上方，又称“反射式照明”。主要应用与金 相显微镜或荧光镜检法。
一、透射式照明
1.临界照明 光源经过聚光镜后，成像于物平面上,若忽略光能的 损失，则光源像的亮度与光源本身相同，因此，这种方 法相当于在物平面上放置光源。 2.柯拉照明 临界照明中物面光照度不均匀的缺点，在柯拉照明 中可以消除。在光源与聚光镜之间加一辅助聚光镜。可 见，由于不是直接利用光源，而是把光源均匀照明了的 辅助聚光镜（也称为柯拉镜）成像在标本上，所以物镜 的视场（标本）得到均匀的照明。
Definitions
• Acceptance angle θ • Numerical Aperture NA = n sinθ • Rayleigh resolution criterion for a circular aperture Δx = 0.61 λ/NA
θ
Rayleigh criterion for resolution
高倍物镜-低倍物镜
•有不同倍数在标本上 方 • 低倍镜放大倍数小， 较短，视野亮。 • 高倍镜放大倍数大， 较长，视野暗。
镜臂
• 连接镜筒及镜座，可 供握取显微镜。
固定夹
• 夹住标本避免滑落
载物台
• 为放置标本玻片的平 台，中央有一圆孔， 可供光线通过。
粗调节轮
• 位于镜臂两侧，可调 节载物台的升降，以 供对焦 • 转动时镜筒升降的幅 度大。
细调节轮
• 位于镜臂两侧，可调 节载物台的升降，以 供对焦 • 转动时镜筒升降的幅 度小。 • 使用高倍物镜时的专 用调节轮
反光镜
• 位于载物台下方中央 ，由凹面镜子组成， 可使光线向上反射， 经过载物台上的圆孔 进入物镜和目镜，到 达观察者的眼睛。 • 但若阳光不强则需用 灯光加强光源
光圈
• 接于反光镜上方，上 有一支调整柄，可用 以调整光圈孔径大小 ，以调整投射于标本 上之光线强弱 。
二、落射式照明
在观察不透明物体时，例如通过金相显微镜观察 金属磨片，往往是采用从侧面或者从上面加以照明的 方式。此时，被观察物体的表面上没有盖玻璃片，标 本像的产生是靠进入物镜的反射或散射光线。
三、暗视场照明方法
用暗视场方法可以观察超显微质点。所谓超显微质 点，是指那些小于显微镜分辨极限的微小质点。暗视场 照明的原理是：不使主要的照明光线进入物镜，能够进 入物镜成像的只是由微粒所散射的光线。因此，在暗的 背景上给出了亮的微粒的像，视场背景虽暗，但衬度（ 对比）很好，可以使分辨率提高。 暗视场照明又有单向和双向之分。
三、光学技术参数
1.数值孔径 数值孔径（NA）是物镜前透镜与被检物 体之间介质的折射率（n）和孔径角（u）半数的正弦之乘 积。用公式表示如下：NA=n · sinα 2.分辨率 显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分 的两个物点的最小间距，又称“鉴别率”。其计算公式是 σ =λ /2 ·NA 3.总放大倍率＝单个物镜的放大倍率×目镜的放大倍 率 4.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。
显微镜 的使用
显微镜的发明，使人看到了许多以前从未看到 过的生物，如细菌、病毒等，也使人看到了生物的 许多微小结构，如线粒体的结构，从而对生物学的 发展起着重要的推动作用。显微镜是生物学研究的 重要仪器之一。在医学、工农业生产中显微镜也有 着重要用途，例如在医学诊断上，可对人血液中的 红细胞进行计数等。
OPTICAL MICROSCOPES
Image construction for a simple biconvex lens
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。