顯微鏡是從十五世紀(jì)開始發(fā)展起來,。從簡單的放大鏡的基礎(chǔ)上設(shè)計出來的單透鏡顯微鏡,，到1847年德蔡司研制的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)式顯微鏡，以及相差,，熒光,，偏光，顯微觀察方式的出現(xiàn),，使之更廣范地應(yīng)用于屬材料,，生物學(xué)，化工等域,。

第二章顯微鏡的基本光學(xué)原理

一．折射和折射率

光線在均勻的各向同性介質(zhì)中,，兩點之間以直線傳播，當(dāng)通過不同密度介質(zhì)的透明物體時,，則發(fā)生折射現(xiàn)像,，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,，光線在其介面改變了方向,，并和法線構(gòu)成折射角。

二．透鏡的性能

透鏡是組成顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的基本的光學(xué)元件,，物鏡,、目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。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,。

當(dāng)一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點，這個點稱“焦點”,，通過交點并垂直光軸的平面,，稱“焦平面”,。焦點有兩個，在物方空間的焦點,，稱“物方焦點”,，該處的焦平面，稱“物方焦平面”,；反之,，在像方空間的焦點，稱“像方焦點”,，該處的焦平面,，稱“像方焦平面”。

光線通過凹透鏡后,，成正立虛像,，而凸透鏡則成正立實像。實像可在屏幕上顯現(xiàn)出來,，而虛像不能,。

三．影響成像的關(guān)鍵因素—像差

由于客觀條件，任何光學(xué)系統(tǒng)都不能生成理論上理想的像,，各種像差的存在影響了成像質(zhì)量,。下面分別簡要介紹各種像差。

1．色差（Chromatic aberration）

色差是透鏡成像的一個嚴(yán)重缺陷,，發(fā)生在多色光為光源的情況下,，單色光不產(chǎn)生色差。白光由紅橙黃綠青藍(lán) 紫七種組成,，各種光的波長不同,，所以在通過透鏡時的折射率也不同，這樣物方一個點,，在像方則可能形成一個色斑,。光學(xué)系統(tǒng)主要的功能就是消色差。

色差一般有位置色差,，放大率色差,。位置色差使像在任何位置觀察都帶有色斑或暈環(huán)，使像模糊不清,。而放大率色差使像帶有彩色邊緣,。

2．球差（Spherical aberration）

球差是軸上點的單色相差，是由于透鏡的球形表面造成的,。球差造成的結(jié)果是，一個點成像后,，不在是個亮點,，而是一個中間亮邊緣逐漸模糊的亮斑,，從而影響成像質(zhì)量。

球差的矯正常利用透鏡組合來消除,，由于凸,、凹透鏡的球差是相反的，可選配不同材料的凸凹透鏡膠合起來給予消除,。舊型號顯微鏡,，物鏡的球差沒有*矯正，應(yīng)與相應(yīng)的補(bǔ)償目鏡配合,，才能達(dá)到糾正效果,。一般新型顯微鏡的球差*由物鏡消除。

3．慧差（Coma）

慧差屬軸外點的單色像差,。軸外物點以大孔徑光束成像時,，發(fā)出的光束通過透鏡后，不再相交一點,，則一光點的像便會得到一逗點狀,，型如慧星，故稱“慧差”,。

4．像散（Astigmatism）

像散也是影響清晰度的軸外點單色像差,。當(dāng)視場很大時，邊緣上的物點離光軸遠(yuǎn),，光束傾斜大,，經(jīng)透鏡后則引起像散。像散使原來的物點在成像后變成兩個分離并且相互垂直的短線,，在理想像平面上綜合后,，形成一個橢圓形的斑點。像散是通過復(fù)雜的透鏡組合來消除,。

5．場曲（Curvature of field）

場曲又稱“像場彎曲”,。當(dāng)透鏡存在場曲時，整個光束的交點不與理想像點重合,，雖然在每個特定點都能得到清晰的像點,，但整個像平面則是一個曲面。這樣在鏡檢時不能同時看清整個像面,，給觀察和照相造成困難,。因此研究用顯微鏡的物鏡一般都是平場物鏡，這種物鏡已經(jīng)矯正了場曲,。

6．畸變（Distortion）

前面所說各種像差除場曲外,，都影響像的清晰度?；兪橇硪环N性質(zhì)的像差,，光束的同心性不受到破壞,。因此，不影響像的清晰度,，但使像與原物體比,，在形狀上造成失真。

四. 顯微鏡的成像（幾何成像）原理

顯微鏡之所以能將被檢物體進(jìn)行放大,，是通過透鏡來實現(xiàn)的,。單透鏡成像具有像差，嚴(yán)重影響成像質(zhì)量,。因此顯微鏡的主要光學(xué)部件都由透鏡組合而成,。從透鏡的性能可知，只有凸透鏡才能起放大作用,，而凹透鏡不行,。顯微鏡的物鏡與目鏡雖都由透鏡組合而成，但相當(dāng)于一個凸透鏡,。為便于了解顯微鏡的放大原理,，簡要說明一下凸透鏡的5種成像規(guī)律：

（1）當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以外時，則在像方二倍焦距以內(nèi),、焦點以外形成縮小的倒立實像,；

（2）當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距上時，則在像方二倍焦距上形成同樣大小的倒立實像,；

（3）當(dāng)物體位于透鏡物方二倍焦距以內(nèi),，焦點以外時，則在像方二倍焦距以外形成放大的倒立實像,；

（4）當(dāng)物體位于透鏡物方焦點上時,，則像方不能成像；

（5）當(dāng)物體位于透鏡物方焦點以內(nèi)時,，則像方也無像的形成,，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像。

顯微鏡的成像原理就是利用上述（3）和（5）的規(guī)律把物體放大的,。當(dāng)物體處在物鏡前F-2F（F為物方焦距）之間,，則在物鏡像方的二倍焦距以外形成放大的倒立實像。在顯微鏡的設(shè)計上,，將此像落在目鏡的一倍焦距F1之內(nèi),，使物鏡所放大的*次像（中間像），又被目鏡再一次放大,，終在目鏡的物方（中間像的同側(cè)）,、人眼的明視距離（250mm）處形成放大的直立（相對中間像而言）虛像。因此,，當(dāng)我們在鏡檢時,，通過目鏡（不另加轉(zhuǎn)換棱鏡）看到的像于原物體的像,，方向相反。

五．顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)簡介

顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計有三種光學(xué)系統(tǒng),。

1 . 長筒光學(xué)系統(tǒng)

2 . 無限遠(yuǎn)校正光學(xué)系統(tǒng)：是較的光路設(shè)計，它體現(xiàn)了無限遠(yuǎn)校正方式的*性,。光線通過物鏡后成為平行光束通過鏡筒,，并在結(jié)像透鏡處折射或完成無像差的中間像。物鏡與觀察筒內(nèi)結(jié)像透鏡之間可添加光學(xué)附件,，而不影響總放大倍數(shù),。另外這種光學(xué)系統(tǒng)不需要安裝附加校正透鏡，都能得到佳的顯微圖像,。

3. 無限遠(yuǎn)雙重色差校正光學(xué)系統(tǒng)：是目前的光路設(shè)計,，不但能矯正位置色差，同時還能矯正倍率色差可提高水平分辨率12%,，提供高反差,、高襯度、高分辨率的銳利圖象,。

第三章顯微鏡的重要光學(xué)技術(shù)參數(shù)

在鏡檢時,，人們總是希望能得到清晰而明亮的理想圖像，這就需要顯微鏡的各項光學(xué)技術(shù)參數(shù)達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn),，并且要求在使用時,，必須根據(jù)鏡檢的目的和實際情況來協(xié)調(diào)各參數(shù)的關(guān)系。只有這樣,，才能充分發(fā)揮顯微鏡應(yīng)有的性能,，得到滿意的鏡檢效果。

顯微鏡的光學(xué)技術(shù)參數(shù)包括：數(shù)值孔徑,、分辨率,、放大率、焦深,、視場寬度,、覆蓋差、工作距離等等,。這些參數(shù)并不都是越高越好,，它們之間是相互又相互制約的，在使用時,，應(yīng)根據(jù)鏡檢的目的和實際情況來協(xié)調(diào)參數(shù)間的關(guān)系,。

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