一、
光學(xué)顯微鏡的發(fā)展歷史
F?B=:8,} 早在公元前一世紀(jì),人們就已發(fā)現(xiàn)通過(guò)球形透明物體去觀察微小物體時(shí),可以使其放大成像。后來(lái)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)。
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=qyw 1590年,荷蘭和意大利的眼鏡制造者已經(jīng)造出類(lèi)似顯微鏡的放大儀器。1610年前后,意大利的伽利略和德國(guó)的開(kāi)普勒在研究
望遠(yuǎn)鏡的同時(shí),改變
物鏡和目鏡之間的距離,得出合理的顯微鏡光路結(jié)構(gòu),當(dāng)時(shí)的光學(xué)工匠遂紛紛從事顯微鏡的制造、推廣和改進(jìn)。
:+Kesa:E 17世紀(jì)中葉,英國(guó)的胡克和荷蘭的列文胡克,都對(duì)顯微鏡的發(fā)展作出了卓越的貢獻(xiàn)。1665年前后,胡克在顯微鏡中加入粗動(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(guò)不斷改進(jìn),成為現(xiàn)代顯微鏡的基本組成部分。
BpT&vbY 1673~1677年期間,列文胡克制成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡,其中九臺(tái)保存至今。胡克和列文胡克利用自制的顯微鏡,在動(dòng)、植物機(jī)體微觀結(jié)構(gòu)的研究方面取得了杰出成就。
9x!y.gx 19世紀(jì),高質(zhì)量消色差浸液物鏡的出現(xiàn),使顯微鏡觀察微細(xì)結(jié)構(gòu)的能力大為提高。1827年阿米奇第一個(gè)采用了浸液物鏡。19世紀(jì)70年代,德國(guó)人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎(chǔ)。這些都促進(jìn)了顯微鏡制造和顯微觀察技術(shù)的迅速發(fā)展,并為19世紀(jì)后半葉包括科赫、巴斯德等在內(nèi)的生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)菌和微生物提供了有力的工具。
keOW{:^i 在顯微鏡本身結(jié)構(gòu)發(fā)展的同時(shí),顯微觀察技術(shù)也在不斷創(chuàng)新:1850年出現(xiàn)了偏光顯微術(shù);1893年出現(xiàn)了干涉顯微術(shù);1935年荷蘭物理學(xué)家澤爾尼克創(chuàng)造了相襯顯微術(shù),他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
gL`SZr9 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,它以人眼作為接收器來(lái)觀察放大的像。后來(lái)在顯微鏡中加入了攝影裝置,以感光膠片作為可以記錄和存儲(chǔ)的接收器,F(xiàn)代又普遍采用光電元件、電視攝像管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接收器,配以微型電子計(jì)算機(jī)后構(gòu)成完整的圖像信息采集和處理系統(tǒng)。
`vw.~OBl 目前全世界最主要的顯微鏡廠家主要有:奧林巴斯、蔡司、徠卡、尼康。國(guó)內(nèi)廠家主要有:江南、麥克奧迪等。
V*}zwms6 7%"7Rb^@ 二、 顯微鏡的基本光學(xué)原理
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# (一) 折射和折射率
R{_IrYk 光線在均勻的各向同性介質(zhì)中,兩點(diǎn)之間以直線傳播,當(dāng)通過(guò)不同密度介質(zhì)的透明物體時(shí),則發(fā)生折射現(xiàn)象,這是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同造成的。當(dāng)與透明物面不垂直的光線由空氣射入透明物體(如玻璃)時(shí),光線在其介面改變了方向,并和法線構(gòu)成折射角。
K}BX6dA (二)
透鏡的性能
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28* 透鏡是組成顯微鏡
光學(xué)系統(tǒng)的最基本的光學(xué)元件,物鏡目鏡及聚光鏡等部件均由單個(gè)和多個(gè)透鏡組成。依其外形的不同,可分為凸透鏡(正透鏡)和凹透鏡(負(fù)透鏡)兩大類(lèi)。
}^7V^W 當(dāng)一束平行于光軸的光線通過(guò)凸透鏡后相交于一點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)稱(chēng)"焦點(diǎn)",通過(guò)交點(diǎn)并垂直光軸的平面,稱(chēng)"焦平面"。焦點(diǎn)有兩個(gè),在物方空間的焦點(diǎn),稱(chēng)"物方焦點(diǎn)",該處的焦平面,稱(chēng)"物方焦平面";反之,在象方空間的焦點(diǎn),稱(chēng)"象方焦點(diǎn)",該處的焦平面,稱(chēng)"象方焦平面"。
SO/]d70HG 光線通過(guò)凹透鏡后,成正立虛像,而凸透鏡則成正立實(shí)像。實(shí)像可在屏幕上顯現(xiàn)出來(lái),而虛像不能。
4&D="GA (三) 凸透鏡的五種成象規(guī)律
1tW:(~=a; 1. 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以外時(shí),則在象方二倍焦距以內(nèi)、焦點(diǎn)以外形成縮小的倒立實(shí)象;
IJ;*N 2. 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距上時(shí),則在象方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實(shí)象;
3;:V1_JA 3. 當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以內(nèi),焦點(diǎn)以外時(shí),則在象方二倍焦距以外形成放大的倒立實(shí)象;
x3|'jmg 4. 當(dāng)物體位于透鏡物方焦點(diǎn)上時(shí),則象方不能成象;
Z"Oa5V6[A 5. 當(dāng)物體位于透鏡物方焦點(diǎn)以內(nèi)時(shí),則象方也無(wú)象的形成,而在透鏡物方的同側(cè)比物體遠(yuǎn)的位置形成放大的直立虛象。
s 'xmv{| ?miM15XI 三、 光學(xué)顯微鏡的成象(幾何成象)原理
OWsYE? 只有當(dāng)物體對(duì)人眼的張角不小于某一值時(shí),肉眼才能區(qū)別其各個(gè)細(xì)部,該量稱(chēng)為目視分辨率ε。在最佳條件下,即物體的照度為50~70lx及其對(duì)比度較大時(shí),可達(dá)到1’。為易于觀測(cè),一般將該量加大到2’,并取此為平均目鏡分辨率。
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ph+ 物體視角的大小與該物體的長(zhǎng)度尺寸和物體至眼睛的距離有關(guān)。有公式y(tǒng)=lε
*.g?y6d 距離l不能取得很小,因?yàn)檠劬Φ恼{(diào)節(jié)能力有一定限度,尤其是眼睛在接近調(diào)節(jié)能力的極限范圍工作時(shí),會(huì)使視力極度疲勞。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)(正視)而言,最佳的視距規(guī)定為250mm(明視距離)。這意味著,在沒(méi)有儀器的條件下,目視分辨率ε=2’的眼睛,能清楚地區(qū)分大小為0.15mm的物體細(xì)節(jié)。
Z >=Y 在觀測(cè)視角小于1’的物體時(shí),必須使用放大儀器。放大鏡和顯微鏡是用于觀測(cè)放置在觀測(cè)人員近處應(yīng)予放大的物體的。
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$-d^ZJ K5&C}Ey1 VKz<7K\/ #LJ-IDuF! (一) 放大鏡的成像原理
VWt'Kx" 表面為曲面的玻璃或其他透明材料制成的光學(xué)透鏡可以使物體放大成像,光路圖如圖1所示。位于物方焦點(diǎn)f以內(nèi)的物ab,其大小為y,它被放大鏡成一大小為y’的虛像a’b’。
BtChG] N| 放大鏡的放大率
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;0}2@Q2@ZK 式中250--明視距離,單位為mm
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