光學顯微鏡是光學儀器的一個大類,，由荷蘭科學家胡克發(fā)明至今已有三百多年的歷史了,，主要用于對微小物體的觀察與操作,。經過數百年的不斷發(fā)展,，目前已發(fā)展成包括生物,、體視,、金相、測量四大類產品,，同時結合各類技術成果形成了攝影,、攝像、共焦掃描,、熒光,、偏光、暗場,、相襯等一系列變形產品,。光學顯微鏡文泛應用于生物、基因工程,、新材料,、微電子,、工業(yè)測量、微機械,、*刑偵,、醫(yī)療、教學等領域的科研與生產制造過程,。

一,、工作原理

1、  光學顯微鏡是利用光波（電磁波的一個譜段：可見光波長范圍是：400nm~700nm：近紫外區(qū)域為300nm~400nm：近紅外區(qū)域為700nm~1500nm,。）的折射成像或折反射成像原理,，研制的光學成像儀器。但是由于光波長的限制,，在可見光波段內常規(guī)光學顯微鏡的有效放大倍率在1600倍左右,，超過1600倍的放大倍率對提高光學系的分辨率并無貢獻。

2,、  顯微鏡一般由物鏡系統(tǒng),、棱鏡系統(tǒng)、目鏡,、對焦機構,、照明系統(tǒng)、支架,、工作臺等幾大部分構成,。

3、  基本原理是：顯微鏡物鏡將標本放大成像（一次成像）,，顯微鏡目鏡將物鏡所成的像進行二次大成像（二次像）,、成像在無窮遠或人眼的明視距離處，再由觀察者眼睛的光學系統(tǒng)將“二次像”成像到本人眼睛的視網模上,，大腦中即可獲得標本的顯微圖像信號,。

4、  光學顯微鏡總的放大倍率：β總=β物×β目（式中：β物是物鏡放大倍率,，β目是目鏡放大倍率）,。

如果顯微鏡附帶有攝像裝置，計算攝影攝像裝置放大倍率的公式是：β總=β物×β目β攝（式中：β攝是攝影或攝像接口裝置中光學系統(tǒng)的放大倍率）,。

二,、產品分類

二、體視顯微鏡

（1）       體視顯微鏡顧名思義就是具有立體視覺的顯微鏡,，也叫實體顯微鏡。主要結構特點是：光學系統(tǒng)必須有左右兩條“光路”分別對標本進行成像,，而且左右兩條“光路”之間必須有一定的夾角（稱為體視角,，一般在10°~12°范圍）,，模擬人的雙眼觀察有限距離物體時的狀態(tài)，以形成立體視覺,、便于在顯微鏡的物方（物鏡前方的簡稱）進行空間定位或對標本進行鏡下操作,。因此，體視顯微鏡廣泛應用于科研與生產過程中各類顯微操作場合,、成為*的得力工具（克隆技術中的細胞顯微操作,、集成電路引線焊接與封裝、醫(yī)療 顯微外科手術等）,，具有廣闊的市場,。

（2）       體視顯微鏡按結構形式有：固定率體視顯微鏡、間隔變倍體視顯微鏡,、連續(xù)倍體視顯微鏡三類,，分別屬于低檔、中檔和中產品,，適用于不同場合,。為了滿足記錄、傳播標本顯微鏡圖像的要求,，還有具備攝影攝像,、功能的體視顯微鏡，簡稱“三目體視顯微鏡”,，可以通過攝影,、攝像接口連接各類照相機、攝像機和數碼相機,。

（3）       因體視顯微鏡的應用特點,，一般產品的放大倍率范圍為：2X~200X。進口產品有達到400X以上的,，但放大倍率到200X以上后由于“光學景深”（通過光學系統(tǒng)觀察的標本深度）太短,，儀器已沒有立體視覺，只是起一般的平面放大作用了,。

（4）       體視顯微鏡的主要技術指標有：放大倍率與倍率范圍,、視場直徑、物方工作距離,、物鏡變倍比（連續(xù)變倍體視顯微鏡）等,。

（5）       部件配置及常規(guī)參數

        ①附加物鏡：

0.3X、0.5X,、0.7X,、1.5X、2.0X,、2.5X為常用規(guī)格,。

        采用平行光路的產品有1.0X物鏡,。根據特殊要求還可以開發(fā)設計制造特殊規(guī)格的附加物鏡。

②目鏡系列：

  10X,、15X（16X）,、20X、25X為常用規(guī)格,。

另外為適應戴眼鏡觀察,，有“高眼點目鏡”；視場角大于45°的目鏡稱為“廣角目鏡”,。根據應用要求還可以設計制造特殊規(guī)格的目鏡,。

（6）由于體視顯微鏡的應用范圍非常廣闊、操作使用的要求差異很大,，為了充分發(fā)揮其使用效能,、提高工作效率，有各類附件供選配,。

①照明光源：

光源支架（帶落射鹵素燈與透射熒光或鹵素燈）,、可調鹵素燈（50W）、環(huán)形熒光燈,、光導纖維冷光源（可配單端,、雙端、環(huán)形等光纖,，用于不允許有紅外線輻射的場合）,、LED光源、偏光裝置,、暗場聚光裝置（用于寶石,、透明礦物等標本的簽定）

②支架系統(tǒng)：

單橫桿萬向支架、雙橫桿萬向支架,、擺臂平衡式萬向支架,、微動支架

③移動平臺：

2維平移工作臺、3維移動工作臺（可傾斜,、加1個旋轉軸）,、集成電路硅片檢查工作臺、測量工作臺（X,、Y方向10MM行程,、0.01MM度）

④測微分劃尺：

目鏡分劃尺（0.1MM~0.05MM格值，“一字”“一字”,、“十字”,、“網格”等形式）物鏡分劃尺（0.01MM格值）

⑤顯微攝影攝像裝置：

袖珍變焦數碼相機攝影接口、單反數碼相機接口、35MM單反相機接口,、工業(yè)CCD攝像機接口,、DV攝像機接口。

2,、  生物顯微鏡

（1）       生物顯微鏡主要用于動植物組織切片、細胞與細菌涂片等標本的微細組織結構觀察,。隨著生物工程和基因工程的發(fā)展,，也是胚胎移植、克隆技術*的重要工具,。生物顯微鏡主要追求zui高的細節(jié)分辨率,、有效放大倍率、更寬廣的視野直徑等技術指標,。

（2）       生物顯微鏡常規(guī)結構形式：

        ①透射照明正置式顯微鏡：為常見方式,，其中低檔普及型又有雙目和單目兩種機型；

② 透射反射照明正置式顯微鏡：一般為或研究型產品,；

③透射照明倒置式顯微鏡：可透過玻璃培養(yǎng)皿底部觀察其中活性生物組織或細胞的狀態(tài),，同時可以對這些活性生物組織或細胞進行顯微操作：

④透射反射照明倒置式顯微鏡：用途與透射照明倒置式顯微鏡基本相同，但還可以觀察不透明標本,。

⑤根據應用場合生物顯微鏡又大致分為：普及型（全部采用消色差物鏡）,、中檔產品（可選配平場消色差物鏡、攝影攝像裝置,，可添加反射照明等裝置）,、研究型產品（基本配置平場消色差物鏡或更的平場復消色差物鏡、攝影攝像接口,、反射照明裝置,，有熒光、偏光,、暗光,、相襯等功能組件供選配）。

（3）生物顯微鏡主要部件有：

支架,、移動工作臺與標本夾,、對焦機構、物鏡轉換器（按安裝物鏡的數量有3孔,、4孔,、5孔、6孔等規(guī)格）,、觀察系統(tǒng)（分單目,、雙目、三目即含攝像接口3種形式）、照明系統(tǒng)（包括聚光鏡,、照明燈,、供電與調光電路等）、目鏡等,。

由于生物顯微鏡產品標準化程度較高,，國產中低檔產品不同廠家的區(qū)別主要在于光學系統(tǒng)質量和外觀。

（4）生物顯微鏡的主要技術規(guī)范與指標

 ①放大倍率與倍率范圍：40X~1600X（常規(guī)范圍）,；

 ②目鏡視場直徑：10X目鏡一般為φ18MM~φ22MM,，進口產品有達到φ26MM的：

 ③物鏡規(guī)格：4X、10X,、40X,、100X是常規(guī)規(guī)格（其中100X物鏡為獲得極限分辨率通常是“油鏡”，即在物鏡前鏡片與標本“數值孔徑”,，進而提高物鏡分辨率,，外觀標“OIL”字樣），此外有2X,、20X,、25X、50X,、60X,、90X等規(guī)格，物鏡倍率用不同的外觀“色環(huán)”和數字來區(qū)分：

④物鏡品種：消色差,、平場消色差,、平場復消色差、相襯,、暗場

⑤物鏡標識

⑥目鏡規(guī)格：10X、16X（常用規(guī)格）,，6.3X,、12.5X、20X,、25X（為系列規(guī)格,可選用）

⑦目鏡品種：觀察目鏡,、測微目鏡（內置測微分劃尺）、指針式目鏡

⑧照明聚光系統(tǒng)：自然光照明,、電光源照明,、消色差聚光鏡、相襯聚光鏡、暗場聚光鏡,、偏光裝置,、熒光照明裝置

（5）生物顯微鏡的主要功能部件

 ①反射照明裝置

   光源在物鏡后方、通過物鏡聚光照明標本,，可以觀察不透明標本：通過汞燈光源的紫外光激發(fā),，可用于觀察熒光染色標本的熒光顯微圖像。

 ②攝影攝像裝置

   袖珍變焦數碼相機攝影接口,、單反數碼相機接口,、35MM單反相機接口、工業(yè)CCD攝像機接口,、DV攝像機接口

 ③生物顯微圖像電腦分析系統(tǒng)：

將顯微鏡獲取的標本圖像通過攝像機與圖像轉化卡、數碼相機,、DV攝像像機等設備轉換成數字圖像信號輸入計算機,，利用專業(yè)的圖像處理與分析軟件包完成顯微圖像的增強、銳化,、色彩等處理,，自動進行各類參數的提取、測量,、統(tǒng)計,、繪制圖表、存儲,、輸出等工作,。目前該類設備已成為生物顯微鏡在研究、教學與醫(yī)療領域*的數字化,、智能化配套裝備,，對提高整個系統(tǒng)的工作效率與工作質量貢獻巨大。

3,、  金相顯微鏡

（1）       金相顯微鏡是專門用于觀察金屬,、礦物、巖石,、陶瓷,、半導體等材料細微結構的光學顯微鏡，基本結構和類型與生物顯微鏡相似,。與生物顯微鏡的主要不同之處有：

①因標本多為不透明材料,，照明方式以反射照明為主、較少配備透射照明系統(tǒng),；

②因標本上不覆蓋“蓋玻片”,，物鏡光學結構形式生物顯微鏡物鏡有所差異；

           ③常采用圓形工作臺，通過刻度可以用于礦物標本偏振角度參數的測定,。

   ④高倍率物鏡（100X）基本不采用浸液介質,，數值孔徑較相同倍率的生物顯微鏡物鏡小。

（2）      金相顯微鏡常見型式

 ①倒置金相顯微鏡：工作臺在物鏡上方,，標本觀察（磨面）朝下,，這樣標本另一面無須加工、可為任意形狀（金相顯微鏡大部分屬于這一型式）,；

 ②正置金相顯微鏡：工作臺在物鏡下方,，標本觀察（磨面）朝上，標本另一面必須與上面平行,、標本高度受工作臺行程的限制,；

 ③金相顯微鏡按照性能又大致劃分為初級、中級,、三檔,。

（3）       或研究型金相顯微鏡的性能與配置：

 ①具有優(yōu)良整體光學成像質量和高度的操作穩(wěn)定性；

 ②配置平場消色差或更的平場復消色差物鏡,；

 ③具備各類顯微攝影攝像接口,，能夠靈活配置相應的攝影攝像器材或裝置大幅面投影器；

 ④具有定性與定量偏光,、相襯,、微分干涉的功能：

 ⑤可以進行顯微硬度測量；

 ⑥明,、暗場照明裝置,，包括各種規(guī)格的物鏡、聚光鏡等：

（3）金相顯微鏡在微電子工業(yè)中的應用

在半導體工業(yè)制造領域,，各類半導體晶片與集成電路的檢查,、測量都必須大量采用當學顯微鏡，其型式和光學性能要求與金相顯微鏡基本相同,。隨著微電子工業(yè)的飛速發(fā)展,，國外廠家在金相顯微鏡的技術基礎上發(fā)展了的半導體工業(yè)顯微鏡，其主要性能特點有以下幾點：

①大尺雨的標本移動工作臺,，適合于4,、6、8乃至12英時圓晶的檢驗,，同時發(fā)展了電驅動工作臺,，以提高生產效率：

②長工作距離物鏡（50X達10MM以上），能夠潢足物鏡工作距離內安裝圓晶探針等裝備的特殊要求,；

③物鏡可以明,、暗場通用：

④通過引入短波長光源,，開發(fā)研制了高倍率物鏡（倍率已達250X），分辨率可滿足集成電路0.15UM線寬的檢測要求：

⑤采用超高壓球形汞燈和超高壓球形氙燈照明裝置,，獲取短波紫端或近紫外線光源：

⑥整體結構能夠滿足圓晶自動生產線的組合要求,。

4、測量顯微鏡

測量顯微鏡是借助顯微鏡的光學放大原理提高瞄準精度,、對各類零件或物體進行幾何數測量的一類測量儀器,，是光學顯微鏡的一個重要分支。

測量顯微鏡廣泛應用于精密機械,、電子產品,、微電子等行業(yè)的產品檢驗和質量控制，是一個國家提高整體工業(yè)水平的基礎技術裝備,，隨著工業(yè)水平的整體提高和產業(yè)發(fā)展,，測量顯微鏡的市場也在迅速增長。

測量顯微鏡按照測量范圍分為：小型工具顯微鏡（量程~75MM）,、′大型工具顯微鏡（量程0~150MM）,、工具顯微鏡（量程0~200MM）、重型工具顯微鏡（量程0~500MM）：按當學成像方式有：目鏡二次放大式與投影放大式,。一般測量精度：線值長度0.01MM~0.002MM、角度5' ~10",，可以測量線值（長,、寬、高）,、角度,、位置誤差、孔徑與孔距,、螺紋,、齒輪等參數。

三,、詞解釋

1,、  色差物鏡

首先需要說明“色差”這一概念：可見光波長范圍是400NM~700NM，不同波長的光線通過光學玻璃材料的折射角度是不同的,、在光學零件中所走的路徑也不同,。因此，同一物點發(fā)出的白光（可見光譜段光線）經過光學系統(tǒng)后不能成為一個白色像點,，而產生色彩,，此現(xiàn)象稱為“色差”。

  為了光學系統(tǒng)產生的“色差”不被人眼察覺或不影響光學系統(tǒng)的成像質量,，必須采取消除“色差”的設計方案：選擇合理的光學系統(tǒng)結構和光學材料反搭配,，使F光（紫光,，波長λ=486.13NM）與C光（紅光,波長λ=656.27NM）的成像位置基本重合,一般情況下這樣一來可見光波長范圍內其他色光的位置差異也可以控制在能夠接受的程度。

   采用消除“色差”設計方案的顯微鏡物鏡即為“消色差物鏡”,。

2,、  平場消色差物鏡

一個平面標本通過一般的消色差物鏡所成的像并非是一個平面、而是一個曲面,，因為光學系統(tǒng)會產生“場曲”,、使像面發(fā)生彎曲。這種現(xiàn)象一般并不影響人眼觀察時對整個像面清晰度一致的感覺,，因為人眼有一定的曲光度自動調節(jié)能力,。但是，如果光學系統(tǒng)所成的像要通過膠片或CCD芯片清晰記錄,，由于膠片或CCD芯片是一個平面,、又不可能具有人眼那樣的自動調節(jié)能力，因此設計光學系統(tǒng)時必須將“場曲”消除,。

采用消除“場曲”光學結構設計制造,、成像面視場平坦的消色差物鏡稱為“平場消色差物鏡”，也稱“平視場消色差物鏡”,。

   更進一步,，在平場消色差物鏡技術的基礎上，采用特殊的光學材料與設計手段,、進一步將可見光波長范圍內D光（黃綠光,，波長λ=589.29NM）與F光和C光成像位置的差異消除,可以使光學系統(tǒng)的成像質量獲得大幅度提高.采用這種技術設計制造的物鏡稱為”平場復消色差物鏡”。

3,、  相襯裝置

為了觀察與周圍介質有相同光吸收系數和顏色,、折射率或厚度稍有不同的物體（即稱為“相位物體”，如活體生物組織,、某些礦物樣本）的顯微圖像,，科學家澤尼克于1935年發(fā)明了一種利用光的衍射原理進行成像的方法，稱為相襯法,。利用這種主法設計制造的顯微鏡成像裝置即為“相襯裝置”,。

顯微鏡相襯裝置一般包括：相襯聚光鏡和配套的系列相襯物鏡。將一般明場顯微鏡的聚光鏡與物鏡取下,、換上相襯聚光鏡和相襯物鏡即可進行相襯觀察,。主要用于無法進行染色或染色后會死亡的活體標本的顯微成像。

      4,、暗場裝置

顯微鏡暗場裝置的工作原理：利用特殊的大孔徑照明聚光系統(tǒng)照標本,，但是不讓主要的直射照明光線進入顯微鏡的物鏡光路、而只讓被標本中微細結構反射改變了方向的光線進入顯微鏡光路成像,。這樣一來顯微鏡視場中背景是暗的,，但標本中微細結構的像的在濾除了強大的直射照明光線后獲得非常高的對比度,、從而獲得超常規(guī)的分辨率。

顯微鏡暗場裝置有透射式與反射式的區(qū)別,。透射式暗場顯微鏡主要用于觀察透明基體標本（如懸浮在液體中的細胞,、單細胞藻類，透明礦樣如寶石,、晶體等）的細微結構,；反射式暗場顯微鏡目前大量應用于金相顯微鏡、尤其是半導體工業(yè)顯微鏡中,，用于金屬材料,、硅片的細節(jié)觀察。

簡易暗場是顯微鏡暗場裝置的簡易形式產品,。

   暗場裝置的聚光照明系統(tǒng)即為暗場聚光鏡,。暗場聚光鏡有透射式與反射式兩類，與一般聚光鏡的主要區(qū)別是：數值孔徑須大于物鏡數值孔,；聚光鏡光路中設有攔光光闌,，阻擋中心部分的直射光線進入物鏡光路、而讓周圍環(huán)帶部分光線以大角度（大于物鏡物方孔徑角）照明標本,，從而取得“暗場效果”,。

5、偏光裝置

光是電磁波的一個譜段,、用物理原理解釋是一種振動波,，在自然界的光線中太陽光、鎢絲燈,、氣體放電燈等光源發(fā)出的光線均是包含了各種“振動方向”的自然光線,。如果用“起偏器”將自然光線中其余振動方向的光都濾除,、只讓某一特定方向振動的光線通過,，通過的光線即是“偏振光”。顯微鏡偏光裝置即是利用“偏振光”與某些標本物質的相互作用來觀察,、研究這些物質的顯微結構和物理結構,。

   顯微鏡偏光裝置基本由以下幾部分組成：起偏器、檢偏器（用于確定偏振光的偏振方向）,、波片（用于偏振光的干涉成像）,、旋轉工作臺（提供的角度數據）。

6,、  光裝置

熒光是物質受特定波長光線激發(fā)（輻照）后持續(xù)很短時間（一般為納秒級）的自體發(fā)光,。幾乎所有的機分子都能直接或經過適當的化學處理后產生熒光，因此在生物,、組織,、細胞,、微生物、免疫,、醫(yī)學等學科中獲得廣泛應用,、成為有力的科研手段。

   熒光裝置的工作原理如下：光源（激發(fā)源）光線經過激發(fā)濾色片選擇激發(fā)光波長,，常用是紫外（UV）,、紫（V）、藍（B）,、綠（G）四個波段,；激發(fā)光通過暗場聚光鐿照射標本（一般應經過熒光色素染色處理）、標本產生熒光,；熒光通過物鏡經過抑制濾色片濾除激發(fā)光和雜光后成像在物鏡像面上供觀察或攝影攝像記錄,。

   熒光顯微鏡接照光路形式也分為透射式與反射式兩種。無論何種形式,，由于標本產生的熒光光強很弱,，因此在照明光路中激發(fā)光線經過的路徑上開切材料（光學玻璃、透鏡膠合材料,、浸液介質）均不能有熒光效應,，同時顯微攝影或攝像裝置應有很高的感光靈敏度。

7,、  惠更斯目鏡

為光學家惠更斯,，基本結構由兩片透鏡組成、視場光闌（物鏡成像面位置）位于兩片透鏡之間,。這種目鏡目前已很少應用,。

8、  冉斯登目鏡

為光學家冉斯登,，基本結構由兩片透鏡組成,、視場光闌（物鏡成像面位置）位于兩片透鏡之前，這種目鏡目前也已很少應用,。

9,、  阿貝聚光鏡

是目前常用的顯微鏡聚光鏡，由2至3片透鏡組成,，采用球差zui小化的正透鏡結構形式（也叫“齊名式”）,，由光學家恩斯特·阿貝zui先設計。

以上內容僅供參考,，有不妥處敬請指正,、諒解。