光學(xué)顯微分析儀器

光學(xué)顯微分析儀器第1頁/共23頁2023/3/25光學(xué)顯微鏡的發(fā)展史公元前一世紀(jì)，人們發(fā)現(xiàn)用球形透明體觀察微小物體具有放大成像的特點(diǎn)；15世紀(jì)中葉：放大鏡（凸透鏡，單式顯微鏡）；1595年荷蘭的著名磨鏡師詹森(HansandZachariasJanssen)父子：第一個簡陋的復(fù)式顯微鏡；放大倍數(shù)3-10倍第2頁/共23頁2023/3/2517世紀(jì)中葉R.Hooke：設(shè)計第一臺性能較好的顯微鏡羅伯特·虎克制造的顯微鏡（1665）

羅伯特·虎克觀察到的細(xì)胞第3頁/共23頁2023/3/25列文虎克和他的顯微鏡（約1680）以及觀察到的“小動物”第4頁/共23頁2023/3/251684年，荷蘭物理學(xué)家惠更斯設(shè)計并制造出雙透鏡目鏡－惠更斯目鏡，是現(xiàn)代多種目鏡的原型。19世紀(jì)德國ErnstAbbe

闡明光學(xué)顯微鏡成像原理，光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)達(dá)200納米理論極限。第5頁/共23頁2023/3/25§1.1顯微鏡成像原理光學(xué)顯微鏡的分類

普通光學(xué)顯微鏡特種顯微鏡按用途分類偏光顯微鏡相襯顯微鏡干涉顯微鏡高溫、低溫顯微鏡聲學(xué)顯微鏡近場光學(xué)顯微鏡臺式光學(xué)顯微鏡立式光學(xué)顯微鏡臥式光學(xué)顯微鏡第6頁/共23頁2023/3/25金相顯微鏡的組成（四個部分）光源系統(tǒng)（光源，燈座和垂直照器,11,12）鏡體（2，5，6，8，9）載物臺（1）鏡簡組件（目鏡A，物鏡B，3）AB第7頁/共23頁2023/3/25第8頁/共23頁2023/3/25金相顯微鏡成像原理光學(xué)金相顯微鏡具有二級放大的功能：物體上的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)經(jīng)物鏡一次放大后再由目鏡作第二次放大。AB第9頁/共23頁2023/3/25

AB表示待放大的物體，它置于物鏡的一至二倍焦距之間（f

1為物鏡前焦距）。

經(jīng)物鏡放大后的一次像A?B?是一個倒立放大的實(shí)像一次像A?B?都應(yīng)落在目鏡的一倍焦距（f

2）之內(nèi)，它再經(jīng)目鏡放大則成為一個正立的虛像A??B??。顯微鏡的總放大倍數(shù)是物鏡和目鏡放大倍數(shù)的乘積

光學(xué)金相顯微鏡成像原理圖第10頁/共23頁2023/3/25即：

f物—物鏡的焦距，f目—目鏡的焦距；Δ—顯微鏡的光學(xué)鏡筒長度；D—明視距離（250mm）。

顯微鏡的主要放大倍數(shù)一般是通過物鏡來保證，物鏡的最高放大倍數(shù)可達(dá)100倍，目鏡的放大倍數(shù)可達(dá)25倍。在物鏡和目鏡的鏡筒上，均標(biāo)注有放大倍數(shù)，放大倍數(shù)常用符號“×”表示，如100×，200×等。

第11頁/共23頁2023/3/25透鏡像差及校正透鏡在成像過程中，由于透鏡本身物理?xiàng)l件的限制，使像變形和像模糊不清，這種現(xiàn)象稱為像差。像差分類：一、單色光成像時的像差，即單色像差，包括球差、像散、慧差、像場彎曲和畸變；二、多色光成像時，由于介質(zhì)折射率隨光的波長不同而引起的像差，即色差，分為位置（軸向）色差和放大率（橫向）色差。影響金相顯微鏡成像質(zhì)量的像差主要是球差、色差和像場彎曲。第12頁/共23頁2023/3/25透鏡像差及校正1.

球差由光軸上某一物點(diǎn)發(fā)出的單色光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，不同孔徑角的各光線交光軸于不同位置，從而使軸上像點(diǎn)被一彌散光斑所代替，稱光學(xué)系統(tǒng)對該物點(diǎn)的成像有球差，即LA=S?-

。若為正透鏡，則LA>0；若為負(fù)透鏡，則LA<0。校正方法：正負(fù)透鏡適當(dāng)組合即可。

球差第13頁/共23頁2023/3/25透鏡像差及校正2.

象散光軸平面BPA透鏡平面物PB平面A弱聚焦方向強(qiáng)聚焦方向

可由附加磁場的電磁消象散器來校正第14頁/共23頁2023/3/25透鏡像差及校正3.

像場彎曲偏離近軸光線所決定的像面的距離，就是像場彎曲，取決于透鏡的焦距與其折射率之間的關(guān)系。校正方法：組合系統(tǒng)并適當(dāng)選配透鏡變距及其折射率。第15頁/共23頁2023/3/25透鏡像差及校正4.

色差任何光學(xué)材料，對不同波長的光其折射率是不同的，當(dāng)光軸上的物點(diǎn)發(fā)出的多色光經(jīng)單透鏡成像時，將得到一系列與各色光對應(yīng)的不重合的像點(diǎn)，即各色群像的疊集，所以成像模糊不清，這種色差稱為軸向色差或位置色差，即Lch=L?C-L?F。位置色差第16頁/共23頁2023/3/25透鏡像差及校正色差校正方法：借助組合系統(tǒng)各組元焦距與其介質(zhì)色散參數(shù)的恰當(dāng)組合。放大率色差當(dāng)物體有一定的高度，還存在垂直軸向的色差，稱為放大率色差或橫向色差，即hch。第17頁/共23頁2023/3/25§1.2顯微鏡的使用（1）首先將顯微鏡的燈泡插頭插在低壓（6-8V）變壓器上，再將變壓器插頭插在220V的電源插座上，千萬不能直接將顯微鏡的燈泡插頭直接插在220V的電源插座上，否則會燒壞燈泡。

（2）根據(jù)放大倍數(shù)選用所需的物鏡和目鏡，分別裝在物鏡座上及目鏡筒內(nèi)。

（3）將試樣放在載物臺中心。

第18頁/共23頁2023/3/25（4）轉(zhuǎn)動粗調(diào)焦手輪，移動載物臺使試樣觀察表面接近物鏡，但切勿相碰以免損壞物鏡；然后相反方向轉(zhuǎn)動粗調(diào)焦手輪，能看到清晰物像為止。

（5）適當(dāng)?shù)蚬?jié)孔徑光闌和視場光闌，以獲得最理想的物像。（6）觀察結(jié)束應(yīng)及時切斷照明電源。第19頁/共23頁2023/3/25顯微鏡的放大率及景深1.

物鏡的數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑大小表征了物鏡的聚光能力，常用NA表示，NA↑，聚光能力↑，鑒別能力↑。根據(jù)理論推導(dǎo)，NA=nsinu,n為折射率，u為孔徑半角。2.物鏡的鑒別率及顯微鏡的有效放大倍數(shù)物鏡的鑒別率是指物鏡具有對兩個物點(diǎn)清晰分辨的最大能力，用兩個物點(diǎn)能清晰分辨的最小距離d的倒數(shù)表示。d=λ/2NA,λ為入射光的波長，λ越小或NA越大，物鏡的分辨能力越高。第20頁/共23頁2023/3/25在顯微鏡中保證物鏡鑒別率充分利用時所對應(yīng)的顯微鏡的放大倍數(shù)，稱為顯微鏡的有效放大倍數(shù)，用M有效表示：

M有效=（0.3-0.6）NA/λ3.景深