第三篇顯微分析第八章光學(xué)顯微分析(2014)

1、第八章第八章 光學(xué)顯微分析光學(xué)顯微分析Optical microscopy analysisOptical microscopy analysis， OMOM 第一節(jié)第一節(jié) 顯微鏡的發(fā)展顯微鏡的發(fā)展 第二節(jié)第二節(jié) 顯微鏡的光學(xué)原理顯微鏡的光學(xué)原理 第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡的幾個(gè)基本概念顯微鏡的幾個(gè)基本概念 第四節(jié)第四節(jié) 顯微鏡的結(jié)構(gòu)顯微鏡的結(jié)構(gòu) 第五節(jié)第五節(jié) 偏光顯微鏡偏光顯微鏡第一節(jié)第一節(jié) 顯微鏡的發(fā)展史顯微鏡的發(fā)展史1665） 列文虎克和他的顯微鏡（約1680）18世紀(jì)單筒顯微鏡 18世紀(jì)雙筒顯微鏡顯微攝影顯微攝影第二節(jié)第二節(jié) 顯微鏡顯微鏡的光學(xué)原理的光學(xué)原理2.2.1 1 折射折射 2.2.

2、2 2 凸透鏡凸透鏡的五種成象規(guī)律的五種成象規(guī)律(1) 物體 u2f ，像 2fvf 縮小縮小 倒立倒立 實(shí)像實(shí)像 (2)物體 u=2f ， 像 v=2f 等大等大 倒立倒立 實(shí)像實(shí)像 (3)物體 2fuf 像 v2f 放大放大 倒立倒立 實(shí)像實(shí)像 (4)物體 u=f 不能成像不能成像； (5)物體 uu 放大放大 直立直立 虛像虛像 1、物體經(jīng)物鏡以后，形成一個(gè)倒立的放大的實(shí)像AB。 2、再經(jīng)目鏡放大為虛像AB后供眼睛觀察。2.3 2.3 顯微鏡的成像原理顯微鏡的成像原理第三節(jié)第三節(jié) 顯微鏡的幾個(gè)基本概念顯微鏡的幾個(gè)基本概念 可見(jiàn)光頻率范圍：7.51014 - 3.91014Hz 真空中的波

3、長(zhǎng)范圍：390nm 760nm 相應(yīng)光的顏色：紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅光源能發(fā)射光波的物體孔徑角孔徑角由物體上一點(diǎn)發(fā)出的進(jìn)入物鏡最邊緣光線L和進(jìn)入物鏡中心光線之間的夾角。S1S2S1S2S1S2能分辨能分辨恰能分辨恰能分辨不能分辨不能分辨分辨率分辨率210r瑞利判據(jù)瑞利判據(jù)S1S2I對(duì)玻璃透鏡，取最大孔徑半角a = 7075在物方介質(zhì)為油的情況下，n 1.5則其數(shù)值孔徑n sina =1.25 1.35上式可簡(jiǎn)化為 ：如果兩個(gè)物點(diǎn)靠近，相應(yīng)的兩個(gè)Airy斑也逐漸重疊當(dāng)斑中心間距等于Airy 斑半徑時(shí)，人眼可以分辨?？梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是390nm-760nm,nmr2000sin61. 00nr

4、 數(shù)值孔徑數(shù)值孔徑 NA = nsin 越短，NA越大，分辨率越高。在顯微鏡下所看到的物像和實(shí)際物體之間的大小比例。顯微鏡的放大主要由物鏡物鏡、鏡筒長(zhǎng)度鏡筒長(zhǎng)度、目鏡目鏡所決定。顯微鏡的總放大倍率顯微鏡的總放大倍率=目鏡的放大倍率目鏡的放大倍率物鏡的放大倍率物鏡的放大倍率放大率放大率像差像差根據(jù)像差產(chǎn)生的原因和條件，主要分為：根據(jù)像差產(chǎn)生的原因和條件，主要分為： 球差球差 球面像差（球差）：當(dāng)球面像差（球差）：當(dāng)透鏡孔徑較大時(shí)，由光軸上一物點(diǎn)發(fā)透鏡孔徑較大時(shí)，由光軸上一物點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)球面折射后不再交于一點(diǎn)的現(xiàn)象。出的光束經(jīng)球面折射后不再交于一點(diǎn)的現(xiàn)象。球差的改進(jìn)：球差可以通過(guò)設(shè)置光闌而減小。

5、球差的改進(jìn)：球差可以通過(guò)設(shè)置光闌而減小。19彗差彗差彗形像差（彗差）：彗形像差（彗差）：軸外物點(diǎn)發(fā)軸外物點(diǎn)發(fā)出的寬闊光束，經(jīng)透鏡成像后，出的寬闊光束，經(jīng)透鏡成像后，不再交于一點(diǎn)，而是形成一種狀不再交于一點(diǎn)，而是形成一種狀如彗星的亮如彗星的亮斑。斑。離離光軸越近的像會(huì)聚越好，亮度光軸越近的像會(huì)聚越好，亮度越大，亮點(diǎn)越小。越大，亮點(diǎn)越小。20像散像散扭轉(zhuǎn)透鏡，使物光束在傾斜度扭轉(zhuǎn)透鏡，使物光束在傾斜度比較大的條件下入射，則產(chǎn)生比較大的條件下入射，則產(chǎn)生像散現(xiàn)象。像散現(xiàn)象。由于物點(diǎn)離主軸較遠(yuǎn)時(shí)，發(fā)出由于物點(diǎn)離主軸較遠(yuǎn)時(shí)，發(fā)出的光束經(jīng)透鏡折射后，不再交的光束經(jīng)透鏡折射后，不再交于一點(diǎn)，而是會(huì)聚在與畫(huà)面

6、垂于一點(diǎn)，而是會(huì)聚在與畫(huà)面垂直方向的前后兩個(gè)位置上。直方向的前后兩個(gè)位置上。透鏡像散隨透鏡形狀、光闌位透鏡像散隨透鏡形狀、光闌位置而異，可以用正、負(fù)透鏡適置而異，可以用正、負(fù)透鏡適當(dāng)組合而消除。當(dāng)組合而消除。21場(chǎng)曲場(chǎng)曲22畸變畸變畸變是由于透鏡在成像過(guò)程中對(duì)較大的物體各處畸變是由于透鏡在成像過(guò)程中對(duì)較大的物體各處的放大率不同而造成的像的形狀改變。的放大率不同而造成的像的形狀改變。正畸變負(fù)畸變色差色差色差校正 光軸上有一段距離范圍內(nèi)物體被看得清晰，位于顯微鏡焦點(diǎn)的上下很小的范圍。焦點(diǎn)深度焦點(diǎn)深度 指物鏡前透鏡的表面到被檢物體之間的距離。 在物鏡數(shù)值孔徑一定的情況下，工作距離短孔徑角則大。 數(shù)值

7、孔徑大的高倍物鏡，其工作距離小。 工作距離工作距離 組成光學(xué)放大系統(tǒng)照明系統(tǒng)機(jī)械和支架系統(tǒng)物鏡光源折光鏡聚光鏡濾光片目鏡第四節(jié)第四節(jié) 顯微鏡的結(jié)構(gòu)顯微鏡的結(jié)構(gòu) 光學(xué)顯微鏡基本結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡基本結(jié)構(gòu)：1. 照明燈照明燈(Lamp)2. 聚光器聚光器(Condenser)3. 載物臺(tái)和切片夾載物臺(tái)和切片夾(Mechanical stage and specimen retainer)4. 推進(jìn)器推進(jìn)器(Mechanical stage adjustment knob)5. 物鏡物鏡(Objectives)6. 粗細(xì)螺旋粗細(xì)螺旋(Course and fine focus knob)7. 目鏡目鏡(

8、Oculars)8. 照相機(jī)等接口照相機(jī)等接口(Connection to camera, etc.)物鏡：光學(xué)顯微鏡成像系統(tǒng)中決定其分辨率或叫分辨本領(lǐng)的最關(guān)鍵部件。 物鏡物鏡放大倍數(shù)放大倍數(shù)鏡鏡口口率率鏡筒長(zhǎng)度鏡筒長(zhǎng)度蓋玻蓋玻片厚片厚度度光學(xué)放大系統(tǒng)物鏡標(biāo)識(shí)物鏡標(biāo)識(shí) 目鏡的作用-把物鏡放大的實(shí)象再放大一級(jí)，并把物象映入觀察者的眼中。 顯微鏡的分辨率能力是由物鏡的數(shù)值孔徑所決定的，而目鏡只是起放大作用。目鏡目鏡顯微鏡常用的目鏡有：顯微鏡常用的目鏡有： 惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、補(bǔ)償目鏡、平場(chǎng)目鏡、平場(chǎng)補(bǔ)償補(bǔ)償目鏡、平場(chǎng)目鏡、平場(chǎng)補(bǔ)償目鏡、廣角目鏡、攝影負(fù)目鏡等。目鏡、廣角

9、目鏡、攝影負(fù)目鏡等。 聚光鏡聚光鏡聚光器又叫集光器。安裝在鏡臺(tái)下面，它由聚光鏡和可變光欄兩個(gè)部件組成。聚光器的作用：會(huì)聚光線，用于照亮標(biāo)本，其結(jié)構(gòu)如圖所示。聚光鏡光欄作用： （1）改變聚光鏡的數(shù)值孔徑以便與物鏡的數(shù)值孔徑相匹配，可調(diào)整圖象的分辨率和反差。 （2）輔助調(diào)整亮度。光學(xué)放大系統(tǒng)33反光鏡反光鏡反光鏡又叫反射鏡。安裝在聚光器下面的鏡臂反光鏡又叫反射鏡。安裝在聚光器下面的鏡臂上，它有二個(gè)反射面：一為平面，一為凹面。上，它有二個(gè)反射面：一為平面，一為凹面?？稍谒胶痛怪眱蓚€(gè)方向上任意偏轉(zhuǎn)。它的主可在水平和垂直兩個(gè)方向上任意偏轉(zhuǎn)。它的主要作用是改變光線的前進(jìn)方向（凹面鏡也有一要作用是改變光線

10、的前進(jìn)方向（凹面鏡也有一定的聚光作用），使光源發(fā)出的光線射向聚光定的聚光作用），使光源發(fā)出的光線射向聚光器。器。光學(xué)放大系統(tǒng) 第五節(jié)第五節(jié) 偏光顯微鏡偏光顯微鏡偏光顯微鏡：用于研究所謂透明與不透明各向異性材料（雙折射的物質(zhì)）的一種顯微鏡。自然光和偏振光自然光和偏振光cE EH H光波是橫波，光波是橫波，E E、HH、v v三者都是垂直的。可引起人的視三者都是垂直的。可引起人的視覺(jué)的只有覺(jué)的只有 E E 矢量，矢量，故稱故稱E E 矢量矢量為為光矢量。光矢量。偏振光偏振光偏振光：光波的光矢量在一個(gè)固定的平面內(nèi)只沿著一個(gè)方向振動(dòng)。播播傳傳方方向向振振動(dòng)動(dòng)面面面面向向播播動(dòng)動(dòng)振振方方傳傳自然光自然光

11、光矢量在各個(gè)方向上的強(qiáng)度都相同。線偏振光的獲得線偏振光的獲得線偏振光線偏振光1 1、用偏振片獲得線偏振光、用偏振片獲得線偏振光偏振化方向偏振化方向Z偏振片偏振片2 2、用雙折射法獲得偏振光、用雙折射法獲得偏振光O O光（尋常光）光（尋常光）遵守折射定律遵守折射定律e e光（非常光）光（非常光）不遵守折射定律不遵守折射定律ACBoeDeo尼克爾棱鏡658.1on468.1en55.1n904868光軸光軸加拿大膠加拿大膠光e光o對(duì)于對(duì)于o光光nno產(chǎn)生全反射產(chǎn)生全反射對(duì)于對(duì)于e光光nne可以透過(guò)，則獲得偏振光?？梢酝高^(guò)，則獲得偏振光。偏振光的類型及鑒別偏振光的類型及鑒別線偏振光線偏振光 當(dāng)起偏鏡位置固定，而轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，每轉(zhuǎn)動(dòng)360o，可以出現(xiàn)兩次強(qiáng)光和兩次消光現(xiàn)象。橢圓偏振光橢圓偏振光 當(dāng)起偏鏡位置固定，而轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，每轉(zhuǎn)動(dòng)360o，可以出現(xiàn)兩次強(qiáng)光和兩次弱光現(xiàn)象，不發(fā)生消光現(xiàn)象。圓偏振光圓偏振光 當(dāng)起偏