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生物顯微鏡的成像原理(一)

更新時(shí)間:2011-12-02   點(diǎn)擊次數(shù):19735次
北京中儀光科作為奧林巴斯顯微鏡,尼康顯微鏡在中國(guó)地區(qū)的經(jīng)銷商,為北京顯微鏡購(gòu)買者提供zui的服務(wù).我們公司長(zhǎng)期供應(yīng)工業(yè)顯微鏡,體視顯微鏡,金相顯微鏡,倒置顯微鏡,偏光顯微鏡,熒光顯微鏡,生物顯微鏡等等一系列產(chǎn)品。。
 
感謝長(zhǎng)期以來(lái)全國(guó)各個(gè)領(lǐng)域人士對(duì)我公司支持和幫助。我們的技術(shù)文章將不斷更新,將對(duì) 原理,結(jié)構(gòu),如何使用,構(gòu)造,有何用途,顯微鏡價(jià)格 等等一系列問(wèn)題做出解答。。。
 
顯微鏡(mimcroscPe)簡(jiǎn)稱光鏡,是一種將肉眼無(wú)法看清楚的微生物體進(jìn)行光學(xué)放大成像的常用儀器c在生命科學(xué)、材料科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)及眾多的微觀領(lǐng)域中都離不開(kāi)顯微鏡。
 
1590年,荷蘭的Hans父子始創(chuàng)放大10倍顯微鏡.
1758年,Dounnd制成消色差透鏡,提高了顯微鏡放大倍數(shù)。
1873年,德國(guó)科學(xué)家Abbe設(shè)計(jì)成近代顯微鏡。
1953年.上海江南光學(xué)儀器廠國(guó)產(chǎn)顯微鏡誕生,并陸續(xù)生產(chǎn)了熒光、相襯、偏光等顯微鏡。
 
生物及醫(yī)用顯微鏡可分為光學(xué)放大及電子放大兩大類。前者按用途可分為普通型、特種型、型顯微鏡和手術(shù)顯微鏡。普通型生物顯微鏡僅供一般用途使用,通常的農(nóng)用與醫(yī)用顯微鏡、倒置顯微鏡均屬這一類。特種型生物顯微鏡可作某些的觀察和研究。暗場(chǎng)生物顯微鏡、熒光顯微鏡、偏光顯微鏡、相襯和干涉相襯顯微鏡等均屬于這一類。型生物顯微鏡系指大型多用途的生物顯微鏡,研究用生物顯微鏡和研究用生物顯微鏡等屬于這一類。
 
顯檄鏡放大成像系統(tǒng)
 
顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)由物鏡和目鏡兩部分組成。因?yàn)楸挥^測(cè)的物體本身不發(fā)光,而借助于外界照明,故顯微鏡需要有一個(gè)照明系統(tǒng),這些部分都是由較復(fù)雜的透鏡組成,尤其物鏡更為復(fù)雜。
 
圖3—1是顯微鏡成僚的光路原理團(tuán),圖中的物鏡和目鏡均用薄透鏡表示。
生物顯微鏡
顯微鏡的物體AB處于物鏡的2倍焦距之內(nèi)一倍焦距之外,它首先通過(guò)物鏡成一大的倒立實(shí)像4’B’,且使之位于目鏡的物方焦平面上或焦平面以內(nèi)很靠近的地方,然后目鏡將這一實(shí)像再次成一個(gè)正立虛假A”B”擴(kuò)于無(wú)限遠(yuǎn)或人眼明視距離之外,以供眼睛觀察。顯微鏡對(duì)物體進(jìn)行2次放大,因此與放大鏡相比,具有更高的放大倍率,能觀察到肉眼所不能直接觀察的微小物體,分辨更細(xì)小的細(xì)節(jié)。在這里目鏡相當(dāng)于放大鏡.只不過(guò)這時(shí)放大鏡的物是物鏡所成的像而已。由于物鏡所成的像是實(shí)保,因而可在實(shí)像處(即目鏡的物方焦平面處)安放各種用途分劃板,供對(duì)準(zhǔn)或測(cè)量用。
 
二、顯微鏡的放大率與分辨本領(lǐng)
 
1.顯微鏡的分辨本領(lǐng)
 
分辨本領(lǐng)主要指接物鏡分辨被檢查物體細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力,也就是說(shuō)在顯微鏡下別的zui小微粒的大小或兩點(diǎn)之間zui短距離及某物點(diǎn)zui小直徑的限度,便叫做顯微鏡的分辨本領(lǐng),或稱為鑒別率。通常用d表示:
從式中可知,顯微鏡的分辨率主要取決于光的波長(zhǎng)和數(shù)值孔徑這兩個(gè)因素。d值越小,分辨本領(lǐng)也就越強(qiáng),越能看清物體的細(xì)微結(jié)構(gòu)。鑒別率計(jì)算單位是Mm。
 
生物顯微鏡的鑒別率的提高只有兩個(gè)辦法:
 
(1)增大物鏡的數(shù)值孔徑(鏡口率)。從圖3—2可以看出,影響數(shù)做孔徑(nsina)的因素有兩個(gè):其一為物體上某點(diǎn)射人物鏡光錐角(鏡口角)的一半(sina);其二為檢品與物鏡間媒質(zhì)的折射率n。即數(shù)值孔徑為NA=nsina。鏡口角半數(shù)zui大能到90°,故sina的zui大值為1.00,這時(shí)物鏡的焦距zui短而曲度也很大,制造上是極為困難的。即使能辦到,在干燥系中的鏡口率只有l(wèi)×sin90°=1.00空氣n=1)o若再增大鏡口率便只有從媒質(zhì)著手,所以便有水、甘油,石蠟油和香柏油等浸潤(rùn)均勻媒質(zhì)的應(yīng)用,確實(shí)改進(jìn)了鏡口率不少,它zui高可到1.40。如果用溴榮液可達(dá)1.67左右,更接近蓋片和透鏡的折射率。
 
(2)縮短光源的波長(zhǎng):采用紫外線作光源,波長(zhǎng)可到0.1υm,這樣放大倍數(shù)比自然光放大的倍數(shù)大3—4倍,普通紫外線光波在0.2υm左右,即使能產(chǎn)生出0.1υm波長(zhǎng)的紫外線,一般透鏡也將把它吸收干凈,無(wú)法利用。 

顯微鏡的zui大數(shù)值孔徑可達(dá)1.5υm左右,在這種情形下:

即在這種顯微鏡里,仍可分辨的兩點(diǎn)間zui短距離差不多等于所用光波波長(zhǎng)的1/3。假定綠光的光波的波長(zhǎng)λ=5.46xl0ˉ5cm,那么顯微鏡能分辨的zui短距離為:

則這臺(tái)顯微鏡的zui高分辨距離也超不過(guò)0.182υm。向眼在明視距離(250M)能分辨的兩點(diǎn)之間zui短距離為0.1mm,約為上述d值的560倍,因此1臺(tái)光學(xué)顯微鏡的放大率有1000倍也就足夠了。這是因?yàn)楣獾谋拘约肮獾睦@射現(xiàn)象就限制了顯微鏡的放大極限。凡是光波超過(guò)微粒直徑的2倍時(shí),光線就很方便地繞過(guò)微粒而繼續(xù)前進(jìn),所以普通干燥系顯微鏡的zui大鑒別率只能達(dá)到光源波長(zhǎng)的1/2,直徑小到0.2υm的微粒就無(wú)法被光學(xué)顯微鏡發(fā)覺(jué)。雖然后來(lái)應(yīng)用浸潤(rùn)系方法,如油鏡,提高了折射率,其鑒別率也只不過(guò)能提高到光源波長(zhǎng)的1/3而已。而且還要用的透鏡才能達(dá)到。

2.顯微鏡的放大率

對(duì)于有一定大小的細(xì)節(jié),除應(yīng)該用適當(dāng)?shù)臄?shù)值孔徑的物鏡而外,整個(gè)顯微鏡也應(yīng)該有適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)與之相適應(yīng),才能看清細(xì)節(jié),這種放大倍率稱之為有效放大率。這是實(shí)際下作應(yīng)該考慮的問(wèn)題,每個(gè)物鏡都有它的有效放大率。

在使用生物顯微鏡過(guò)程中,每個(gè)物鏡都配多大的倍數(shù)的目鏡,應(yīng)該特別注意。一般而言,顯微鏡的zui高放大倍數(shù)不得超過(guò)所使用物鏡鏡口率(NA)的1000倍,否則即產(chǎn)生畸變而失真。例如,其物鏡的放大倍數(shù)為lO×,為0.25,則0.25x1000=250,即與這個(gè)物鏡配合使用的接目鏡其放大倍數(shù)不應(yīng)超過(guò)25倍,因?yàn)?5×10=250。與油浸系配合的目鏡放大倍數(shù)應(yīng)更小些,例如,有一個(gè)l00x,N•A為1.4,則1.4x1000=1400,即接目鏡的放大倍數(shù)不應(yīng)超過(guò)14×,因?yàn)?4×100=1400。通??偸堑捅段镧R配合高倍目鏡,高倍物鏡配合低倍目鏡,便是這個(gè)道理。

目前生物顯微鏡一般油浸物鏡NA=1.25或1.3左右,所以,一般放大1250或1350倍已經(jīng)夠了,而zui大川為1.5,所以國(guó)家規(guī)定顯微鏡的zui高倍數(shù)為1250倍,而通常顯微鏡zui高倍咖良少超過(guò)1500倍。如果1臺(tái)顯微鏡zui高放大2500倍,實(shí)際上放大1000倍時(shí)有鑒別率。放大倍數(shù)太大,也是無(wú)效的.因?yàn)榉糯蟮揭欢ㄏ薅群?,把像再放大也不?huì)使我們看到更小些的細(xì)節(jié),如果勉強(qiáng)放大,只會(huì)使像變得模糊反而影響清晰。也有超過(guò)1500倍的,其實(shí)也就是目鏡倍數(shù)大了一些,這是為了照相或投影之用。

生物顯微鏡各物鏡有效放大率情況見(jiàn)表3—2。

4.幾個(gè)有關(guān)的概念

(1)顯微鏡的機(jī)械管長(zhǎng)。是指從任何——個(gè)接物鏡的接合螺絲抵肩換器吻合處起,到接口鏡筒上緣止的這一段距離而言為機(jī)械管長(zhǎng)。

如有抽筒則指還未被拉起的長(zhǎng)度.抽筒可從150mm拉到250mm。在干燥系中是使用顯微鏡岡有的鏡筒長(zhǎng)度或抑筒未被拉起的長(zhǎng)度c油浸系則須拉抽簡(jiǎn)拉到170M,當(dāng)觀察不透明的物體時(shí),便應(yīng)拉到190mm或250mm,這也是機(jī)械管長(zhǎng)?,F(xiàn)在一般無(wú)抽筒顯微鏡或有抽筒而未被拉起時(shí).多固定為160mm。

(2)生物顯微鏡的光學(xué)管長(zhǎng)。是指從接物鏡的上焦面起,到接目鏡下主焦面止,這段距離而言為光學(xué)管長(zhǎng)。

它的簡(jiǎn)單測(cè)定方法:從接物鏡上組透鏡的亡面量到接目鏡的光欄環(huán)隔為止,約得1個(gè)近似數(shù)值。在干燥系情況下,多為140mm,也可小至128mm以下,油浸系則可高到180mm以上。光學(xué)管長(zhǎng)關(guān)系著次級(jí)放大倍數(shù),非常重要。

(3)顯微鏡的操作距離。是指接物鏡下端與蓋片之間的距離而言,為操作距離。

一般鑒別率小者則操作距離大,反之則小。因?yàn)椴僮骶嚯x大,鏡口角一定小,于是鏡口率也小,即吸收光量的能力弱,所以鑒別率就受到限制。反之操作距離小,則接物鏡與蓋片越接近,則鏡口角就大,而吸收光量也相應(yīng)增大,鑒別率自然會(huì)增強(qiáng)。

一般顯微鏡的操作距離為16—0.65mm,但也有長(zhǎng)至55mm而短至O.5mm的。

(4)明視距離。出于眼睛的調(diào)節(jié)作用,所看清楚的zui遠(yuǎn)和zui近的兩點(diǎn),分別叫遠(yuǎn)點(diǎn)和近點(diǎn),正常眼遠(yuǎn)點(diǎn)無(wú)限遠(yuǎn)處,近點(diǎn)在10—15cm。當(dāng)物體距離眼睛25cm時(shí),在人眼的視網(wǎng)膜上造的像zui為清晰。而且看起來(lái)不易感到疲勞,這個(gè)距離叫明視距離。顯微鏡的明視距離規(guī)定為25cm,就是這個(gè)道理。

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