光學(xué)顯微鏡是應(yīng)用光學(xué)原理,把人眼所不能辨別的渺小物體放大成像,以供人們提取微細(xì)構(gòu)造信息的光學(xué)儀器。
早在公元前一世紀(jì),人們就已發(fā)明通過球形透明物體往觀察渺小物體時(shí),可以使其放大成像。后來逐漸對(duì)球形玻璃表面能使物體放大成像的規(guī)律有了認(rèn)識(shí)。
1590年,荷蘭和意大利的眼鏡制作者已經(jīng)造出相似顯微鏡的放大儀器。1610年前后,意大利的伽利略和德國的開普勒在研討看遠(yuǎn)鏡的同時(shí),轉(zhuǎn)變物鏡和目鏡之間的間隔,得出公道的顯微鏡光路構(gòu)造,當(dāng)時(shí)的光學(xué)工匠遂紛紜從事顯微鏡的制作、推廣和改良。
17世紀(jì)中葉,英國的胡克和荷蘭的列文胡克,都對(duì)顯微鏡的發(fā)展作出了出色的貢獻(xiàn)。1665年前后,胡克在顯微鏡中參加粗動(dòng)和微動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)、照明系統(tǒng)和承載標(biāo)本片的工作臺(tái)。這些部件經(jīng)過精益求精,成為現(xiàn)代顯微鏡的基礎(chǔ)組成部分。
1673~1677年期間,列文胡抑制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡,其中九臺(tái)保留至今。胡克和列文胡克應(yīng)用自制的顯微鏡,在動(dòng)、植物機(jī)體微觀結(jié)構(gòu)的研討方面取得了出色的成績(jī)。
19世紀(jì),高質(zhì)量消色差浸液物鏡的呈現(xiàn),使顯微鏡視察微細(xì)構(gòu)造的才能大為進(jìn)步。1827年阿米奇第一個(gè)采取了浸液物鏡。19世紀(jì)70年代,德國人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基本。這些都增進(jìn)了顯微鏡制作和顯微察看技巧的敏捷發(fā)展,并為19世紀(jì)后半葉包含科赫、巴斯德等在內(nèi)的生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)家發(fā)明細(xì)菌和微生物供給了有力的工具。
在顯微鏡本身結(jié)構(gòu)發(fā)展的同時(shí),顯微視察技巧也在不斷創(chuàng)新:1850年涌現(xiàn)了偏光顯微術(shù);1893年呈現(xiàn)了干預(yù)顯微術(shù);1935年荷蘭物理學(xué)家澤爾尼克發(fā)明了相襯顯微術(shù),他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
古典的光學(xué)顯微鏡只是光學(xué)元件和精密機(jī)械元件的組合,它以人眼作為接受器來察看放大的像。后來在顯微鏡中參加了攝影裝置,以感光膠片作為可以記載和存儲(chǔ)的吸收器?,F(xiàn)代又廣泛采取光電元件、電視攝象管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接受器,配以微型電子盤算機(jī)后構(gòu)成完全的圖象信息采集和處置體系。
表面為曲面的玻璃或其他透明資料制成的光學(xué)透鏡可以使物體放大成像,光學(xué)顯微鏡就是利用這一原理把渺小物體放大到人眼足以觀察的尺寸。近代的光學(xué)顯微鏡通常采取兩級(jí)放大,分辨由物鏡和目鏡完成。被觀察物體位于物鏡的前方,被物鏡作第一級(jí)放大后成一倒立的實(shí)象,然后此實(shí)像再被目鏡作第二級(jí)放大,成一虛象,人眼看到的就是虛像。而顯微鏡的總放大倍率就是物鏡放大倍率和目鏡放大倍率的乘積。放大倍率是指直線尺寸的放大比,而不是面積比。
光學(xué)顯微鏡的組成結(jié)構(gòu)
光學(xué)顯微鏡一般由載物臺(tái)、聚光照明體系、物鏡,目鏡和調(diào)焦機(jī)構(gòu)組成。載物臺(tái)用于承放被觀察的物體。應(yīng)用調(diào)焦旋鈕可以驅(qū)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu),使載物臺(tái)作粗協(xié)調(diào)微調(diào)的升降活動(dòng),使被視察物體調(diào)焦清楚成象。它的上層可以在程度面內(nèi)沿作精密移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng),一般都把被察看的部位調(diào)放到視場(chǎng)中心。
聚光照明系統(tǒng)由燈源和聚光鏡構(gòu)成,聚光鏡的功效是使更多的光能集中到被觀察的部位。照明燈的光譜特征必需與顯微鏡的接受器的工作波段相適應(yīng)。
物鏡位于被觀察物體鄰近,是實(shí)現(xiàn)第一級(jí)放大的鏡頭。在物鏡轉(zhuǎn)換器上同時(shí)裝著幾個(gè)不同放大倍率的物鏡,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器就可讓不同倍率的物鏡進(jìn)進(jìn)工作光路,物鏡的放大倍率通常為5~100倍。
物鏡是顯微鏡中對(duì)成象質(zhì)量?jī)?yōu)劣起決議性作用的光學(xué)元件。常用的有能對(duì)兩種色彩的光線校訂色差的消色差物鏡;質(zhì)量更高的還有能對(duì)三種色光校訂色差的復(fù)消色差物鏡;能保證物鏡的全部像面為平面,以進(jìn)步視場(chǎng)邊沿成像質(zhì)量的平像場(chǎng)物鏡。高倍物鏡中多采用浸液物鏡,即在物鏡的下表面和標(biāo)本片的上表面之間填充折射率為1.5左右的液體,它能明顯的進(jìn)步顯微觀察的分辯率。
目鏡是位于人眼鄰近實(shí)現(xiàn)第二級(jí)放大的鏡頭,鏡放大倍率通常為5~20倍。依照所能看到的視場(chǎng)大小,目鏡可分為視場(chǎng)較小的普通目鏡,工具顯微鏡報(bào)價(jià),和視場(chǎng)較大的大視場(chǎng)目鏡(或稱廣角目鏡)兩類。
載物臺(tái)和物鏡兩者必需能沿物鏡光軸方向作相對(duì)活動(dòng)以實(shí)現(xiàn)調(diào)焦,獲得清晰的圖像。用高倍物鏡工作時(shí),允許的調(diào)焦范疇往往小于微米,所以顯微鏡必需具備極為精密的微動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。
顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率,顯微鏡的辨別率是指能被顯微鏡清楚區(qū)分的兩個(gè)物點(diǎn)的Zui小間距。分辯率和放大倍率是兩個(gè)不同的但又互有接洽的概念。
當(dāng)選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大,即分辨率不夠高時(shí),顯微鏡不能分清物體的微細(xì)結(jié)構(gòu),此時(shí)即使過度地增大放大倍率,得到的也只能是一個(gè)輪廓雖大但細(xì)節(jié)不清的圖像,稱為無效放大倍率。反之假如分辨率已滿足請(qǐng)求而放大倍率不足,則顯微鏡雖已具備分辨的才能,但因圖像太小而仍然不能被人眼清楚視見。所認(rèn)為了充足施展顯微鏡的分辯才能,應(yīng)使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率公道匹配。
聚光照明體系是對(duì)顯微鏡成像性能有較大影響,但又是易于被應(yīng)用者疏忽的環(huán)節(jié)。它的功效是供給亮度足夠且均勻的物面照明。聚光鏡發(fā)來的光束應(yīng)能保證充斥物鏡孔徑角,否則就不能充足利用物鏡所能到達(dá)的Zui高辨別率。為此目標(biāo),在聚光鏡中設(shè)有相似照相物鏡中的 ,可以調(diào)節(jié)開孔大小的可變孔徑光闌,用來調(diào)節(jié)照明光束孔徑,以與物鏡孔徑角匹配。
轉(zhuǎn)變照明方法,可以獲得亮背景上的暗物點(diǎn)(稱亮視場(chǎng)照明)或暗背景上的亮物點(diǎn)(稱暗視場(chǎng)照明)等不同的觀察方法,以便在不同情形下更好地發(fā)明和觀察微細(xì)結(jié)構(gòu)。
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