光學(xué)顯微分析

2.2光學(xué)理論基礎(chǔ)----物如何成像？2.2.1光的物理性質(zhì)2.2.2光與固體物質(zhì)的相互作用2.2.3阿貝成像原理1衍射的形成(光的衍射)衍射產(chǎn)生的基本條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長(zhǎng)相差不多或者比波長(zhǎng)更小時(shí)，才能觀察到明顯的衍射現(xiàn)象.但也不能比波長(zhǎng)小太多，當(dāng)孔的寬度為波長(zhǎng)的大約3/10時(shí)波的衍射現(xiàn)象已經(jīng)不明顯—能量減弱，衍射現(xiàn)象觀察不到。2一個(gè)點(diǎn)光源在像平面上將形成一個(gè)具有一定尺寸的中央亮斑及其周圍明暗相間的圓環(huán)所組成的衍射光斑。（埃利斑）84％衍射結(jié)果式中n為介質(zhì)折射率，λ照明光波長(zhǎng)，α透鏡孔徑半角，M透鏡放大倍數(shù).說(shuō)明埃利斑半徑與照明光源波長(zhǎng)成正比，與透鏡數(shù)值孔徑nsinα成反比．32.2.3阿貝成像原理對(duì)于周期性結(jié)構(gòu)的物體，圖像的形成用阿貝成像原理來(lái)解釋。光線通過(guò)細(xì)小的網(wǎng)孔時(shí)要發(fā)生衍射，衍射光線向各個(gè)方向傳播，凡是光程差滿足(k=0，1，2，…)的，互相加強(qiáng)。同一方向的衍射光則成為平行光束。42.2.3阿貝成像原理平行光束通過(guò)物鏡在后焦面上會(huì)聚；形成衍射花樣。衍射花樣上的某個(gè)衍射斑點(diǎn)是由不同物點(diǎn)的同級(jí)衍射光相干加強(qiáng)形成的；同一物點(diǎn)上的光由于衍射分解，對(duì)許多衍射斑點(diǎn)有貢獻(xiàn)。從同一物點(diǎn)發(fā)出的各級(jí)衍射光，在產(chǎn)生相應(yīng)的衍射斑點(diǎn)后繼續(xù)傳播，在象平面上又相互干涉，形成物象.5頻譜面透鏡像面8.12阿貝成像原理阿貝成像原理物是一系列不同空間頻率的集合.入射光經(jīng)物平面發(fā)生夫瑯和費(fèi)衍射,在透鏡后焦面（頻譜面）上形成一系列衍射光斑,各衍射光斑發(fā)出的球面次波在相面上相干疊加,形成像.圖中光線不同的顏色表示發(fā)自不同的物點(diǎn).阿貝成像原理62.2.3阿貝成像原理阿貝成像原理可以簡(jiǎn)單地描述為兩次干涉作用：平行光束受到有周期性特征物體的散射作用形成衍射譜，各級(jí)衍射波通過(guò)干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。第一步“分解”;第二步“合成”干涉作用7物與象之間的相似性物與象之間的相似性由什么因素來(lái)決定?實(shí)驗(yàn):一個(gè)細(xì)金屬網(wǎng)在顯微鏡透射光照射下,在物鏡后面焦面上產(chǎn)生初級(jí)干涉圖像.在后焦面上用遮蔽的方法改變?cè)试S透光的區(qū)域,使這些區(qū)域上的衍射斑點(diǎn)數(shù)與方位都不一樣,并觀察相應(yīng)的最終圖像.8初級(jí)干涉圖像對(duì)最終圖像的影響所有衍射斑點(diǎn)成像包括中心斑點(diǎn)的一排衍射斑點(diǎn)成像只留中心斑點(diǎn)9物與象之間的相似性物象是由直射光和衍射光互相干涉形成的，不讓衍射光通過(guò)就不能成象，參與成象的衍射斑點(diǎn)愈多，則物象與物體的相似性愈好。102.3光學(xué)顯微鏡的構(gòu)造光學(xué)顯微分析是利用可見(jiàn)光觀察物體的表面形貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，鑒定晶體的光學(xué)性質(zhì)。不同的研究目的要選用不同的光學(xué)顯微分析設(shè)備。基本構(gòu)造相同,略有差別!11細(xì),粗調(diào)節(jié)旋鈕目鏡物鏡(若干透鏡組成)載物臺(tái)反光鏡光圈光學(xué)顯微鏡包括光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械裝置.光學(xué)系統(tǒng):目鏡,物鏡,光源,聚光器.機(jī)械裝置:機(jī)架,目鏡筒,物鏡轉(zhuǎn)換器,載物臺(tái),調(diào)焦機(jī)構(gòu).彎臂底座12光學(xué)系統(tǒng)(1).光源:分為自然光源和人工光源.(2).聚光器:在聚光鏡架上部.作用是使更多的光能集中到被觀察的部位.(3).物鏡:由多組透鏡組成,連接在物鏡轉(zhuǎn)換器上,是決定放大倍數(shù)及成像質(zhì)量的重要部件.(4).目鏡:由眼透鏡和場(chǎng)透鏡組成.目鏡中附有十字絲.倍數(shù)有10×和8×兩種.13物鏡物鏡是顯微鏡中對(duì)成象質(zhì)量?jī)?yōu)劣起決定性作用的光學(xué)元件。物鏡位于被觀察物體附近，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)入工作光路，物鏡的放大倍率通常為5～100倍。1415為了使不同的物鏡和目鏡在安裝組合后能正確對(duì)焦，物鏡鏡筒連接面和目鏡安裝面（目鏡與鏡筒的連接面）的距離，以及物鏡的1次成像位置到目鏡安裝面的距離a必須固定。這個(gè)距離叫做機(jī)械筒長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械筒長(zhǎng)為160mm。16物鏡蓋玻片ααnNA=nsinα17目鏡目鏡是位于人眼附近實(shí)現(xiàn)第二級(jí)放大的鏡頭，鏡放大倍率通常為5～20倍。按照所能看到的視場(chǎng)大小，目鏡可分為視場(chǎng)較小的普通目鏡，和視場(chǎng)較大的大視場(chǎng)目鏡(或稱廣角目鏡)兩類。18機(jī)械系統(tǒng)(1).鏡座與鏡臂:支撐顯微鏡及連接光源,物臺(tái),鏡筒.(2).鏡筒:連接目鏡和物鏡的部件.(3).物鏡轉(zhuǎn)換器:用于安裝,選擇不同倍數(shù)的物鏡.(4).載物臺(tái):放置薄片用的可3600轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形平臺(tái)(5).焦準(zhǔn)設(shè)備(升降系統(tǒng)):分粗調(diào)和微調(diào).調(diào)節(jié)焦距.(6).聚光鏡架:連接聚光鏡,上,下鎖光圈等的部件(7).上,下鎖光圈:控制光的通過(guò)量.19金相顯微鏡是專門用于觀察金屬和礦物等不透明物體金相組織的顯微鏡。這些不透明物體無(wú)法在普通的透射光顯微鏡中觀察，故金相和普通顯微鏡的主要差別在于前者以反射光，而后者以透射光照明。在金相顯微鏡中照明光束從物鏡方向射到被觀察物體表面，被物面反射后再返回物鏡成像。金相顯微鏡屬于一種反光顯微鏡。

20試樣物鏡平面玻璃鏡（垂直照明器）視場(chǎng)光圈目鏡眼睛棱鏡組件孔徑光圈聚光鏡光源平面反射鏡目鏡鏡筒垂直照明器：由反射器，前偏光器，視場(chǎng)光闌、孔徑光闌部件組成，作用是把從光源來(lái)的入射光通過(guò)物鏡垂直投射到光片表面，再把光片表面反射回來(lái)的光投射到目鏡焦平面內(nèi)。位置一般安置在物鏡和目鏡之間的光路系統(tǒng)中。玻片，棱鏡21偏光顯微鏡是用于研究所謂透明與不透明各向異性材料的一種顯微鏡。凡具有雙折射的物質(zhì)，在偏光顯微鏡下就能分辨的清楚.載物臺(tái)下裝有起偏器，而在物鏡與目鏡之間裝有檢偏器，從而檢測(cè)出物質(zhì)的各向同性和各向異性.222.4光學(xué)顯微鏡的重要參數(shù)2.4.1數(shù)值孔徑2.4.2分辨率2.4.3放大率和有效放大率2.4.4光學(xué)透鏡的象差2.4.5景(場(chǎng))深與焦深2.4.6工作距離232.4.1數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑也稱為鏡口率，是表示物鏡分辨細(xì)節(jié)能力的參數(shù)，是判斷物鏡性能高低的重要標(biāo)志。數(shù)值孔徑（NA）是物鏡前透鏡與被檢物體之間介質(zhì)的折射率（n）和孔徑角（α）的正弦之乘積。NA=nsinα孔徑角是指：物鏡光軸上的物體點(diǎn)與物鏡前透鏡的有效直徑所形成的角度

242.4.1數(shù)值孔徑孔徑角越大，進(jìn)入物鏡的光通亮就越大，分辨率越高。孔徑角與物鏡的有效直徑成正比，與焦點(diǎn)的距離成反比。根據(jù)阿貝成像原理，衍射光線反映了物體形貌的細(xì)節(jié)，因此一個(gè)物鏡要反映物體的細(xì)節(jié)，必須能夠接受盡量多的高階衍射光線。

物鏡接收衍射光線的能力也強(qiáng)烈的依賴于在樣品與鏡頭之間的介質(zhì)。因此，數(shù)值孔徑的概念更加能夠有效的描述物鏡的成像能力。25物鏡數(shù)值孔徑水浸物鏡與油浸物鏡:提高介質(zhì)折射率!干燥物鏡的數(shù)值孔徑為0.05-0.95，油浸物鏡（香柏油）的數(shù)值孔徑為1.25。

262.4.2分辨率瑞利判據(jù)：兩埃利斑中心間距等于第一暗環(huán)半徑R0。此時(shí),兩中央峰之間疊加強(qiáng)度比中央峰最大強(qiáng)度低19％，因此肉眼仍能分辨是兩個(gè)物點(diǎn)的像27瑞利判據(jù)：當(dāng)一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的中央最亮處剛好與另一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的第一級(jí)暗紋相重合時(shí)，這兩個(gè)點(diǎn)光源恰好能被分辨。恰能分辨不能分辨能分辨28分辨本領(lǐng)此時(shí),樣品上相應(yīng)的兩個(gè)物點(diǎn)間距離?r。定義為透鏡能分辨的最小距離，也就是透鏡的分辨本領(lǐng)。?r0═R0/M分辨本領(lǐng)是由物鏡的NA值與照明光源的波長(zhǎng)兩個(gè)因素決定，NA值越大，照明光線波長(zhǎng)越短，分辨率就越高。

292.4.3放大率和有效放大率放大率就是放大倍數(shù)，是指被檢驗(yàn)物體經(jīng)物鏡放大再經(jīng)目鏡放大后，人眼所看到的最終圖像的大小對(duì)原物體大小的比值，是物鏡和目鏡放大倍數(shù)的乘積。放大率Γ是物鏡放大率β和目鏡放大率Γ1的乘積：Γ=β×Γ1302.4.3放大率和有效放大率顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率。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(guò)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(wú)效放大倍率。M有效＝?r/?r0

?r為人眼分辨本領(lǐng)。312.4.4光學(xué)透鏡的像差通常平行于透鏡光軸的光線在通過(guò)透鏡后并不會(huì)聚集于一點(diǎn)，而是會(huì)聚成一個(gè)模糊的斑點(diǎn)或稱彌散圈。同樣，一個(gè)物體通過(guò)透鏡后也不可能形成完全相似的像，圖像往往發(fā)生了變形，造成這種缺陷的主要原因就是透鏡本身存在各種像差。球差，色像差，像域彎曲32球面象差（簡(jiǎn)稱球差）邊緣與中心部分的折射光不能通過(guò)會(huì)聚相交于一點(diǎn)。折射率不同！校正辦法：采用組合透鏡，或者調(diào)節(jié)孔徑光闌，控制入射光束的粗細(xì)。后者易減小孔徑角，降低顯微鏡的分辨率。33色象差由于組成白光的各色光波長(zhǎng)不同，折射率不同，因而成象的位置也不同。34象域彎曲垂直于光軸的直立的物體經(jīng)過(guò)透鏡后臺(tái)形成一彎曲的象面，稱為象域彎曲。象域彎曲是幾種象差綜合作用的結(jié)果。可以采用特制物鏡校正。如平面消色差物鏡，或平面復(fù)消色差物鏡。352.4.5景深與焦深景深：是指在不影響透鏡成像分辨本領(lǐng)的前提下，物平面可沿透鏡軸移動(dòng)的距離。焦深：是指在不影響透鏡成像分辨率的前提下，像平面可沿透鏡軸移動(dòng)的距離。36在焦點(diǎn)前后，光線開(kāi)始聚集和擴(kuò)散，點(diǎn)的影像變成模糊的，形成一個(gè)擴(kuò)大的圓，這個(gè)圓就叫做彌散圓。如果彌散圓的直徑小于人眼的鑒別能