隻有當(dāng)物體對人眼的張角不小於某一值時,肉眼才能區別其各個(gè)細部,該量稱為目視分辨率ε。在最佳條件下,即物體的照度為50~70lx及其對比度較大時,可達到1'。為易於(yú)觀測,一(yī)般將該量(liàng)加大(dà)到2',並取此為(wéi)平(píng)均目鏡分辨(biàn)率。
物體視角的大小與該物體的長度尺(chǐ)寸(cùn)和物體至眼睛的距離有關。有公式y=Lε
距(jù)離L不能取得很小,因為眼(yǎn)睛的調(diào)節能力有(yǒu)一定限度,尤其是眼睛在接近調節能力的極限範圍工作時,會使視力極度疲勞。對於標準(正視)而言,最佳的視距規定為250mm(明視距離)。這意味著,在(zài)沒有儀器的(de)條件下,目視分辨(biàn)率ε=2'的眼睛,能清楚地區分大小為0.15mm的物體細節。
在觀測視角小於1'的物體時,必須使用放大儀器。放大鏡和(hé)顯微鏡是用於觀測放(fàng)置在觀測人員近處應予放大的物體的。
(一)放大鏡的(de)成像原理
表麵為曲麵的玻璃或其他透明材料製(zhì)成的光學透鏡可以使物體放(fàng)大成像,光路圖如(rú)圖1所示(shì)。位於(yú)物方焦點F以內的物AB,其大小為y,它被放大鏡成一大小為y'的虛像A'B'。
放大鏡的放大(dà)率
Γ=250/f'
式中250--明視距離,單位為mm
f'--放大(dà)鏡焦距,單位為mm
該放大率是指在250mm的距離內用放大鏡觀察到的物體像的視角同沒有放大鏡觀察到的物體視角(jiǎo)的比值(zhí)。
(二)顯(xiǎn)微鏡的成像原理
顯微鏡和放大(dà)鏡起著同樣的作(zuò)用,就是把近處的(de)微小物體成一放大的像,以供人眼觀察。隻是顯(xiǎn)微鏡比(bǐ)放大鏡可以具有更高的放大(dà)率而已。
圖2是物體被顯微鏡成像(xiàng)的原(yuán)理圖。圖中為方便計,把物鏡L1和目鏡L2均以單塊透鏡表示。物體AB位於物鏡前方,離開物鏡的距離大於物鏡的焦距,但(dàn)小於兩倍物鏡焦距。所以,它(tā)經物鏡以後(hòu),必(bì)然形成一個倒立的放大的實像A'B'。A'B'位於目鏡的物方焦點(diǎn)F2上,或者在很靠近F2的位置上。再(zài)經目鏡放大為虛像A''B''後供眼睛(jīng)觀察。虛(xū)像A''B''的位置取決於F2和A'B'之間的距離(lí),可以在無(wú)限遠處(當A'B'位於F2上時),也可以在觀察者的明視距離處(當A'B'在圖中焦點F2之右邊時)。目鏡的作用與放大鏡一樣。所不同的隻是眼睛通(tōng)過目鏡所看到的不是物體本身,而是物(wù)體被物鏡所成的已經放大了一次的像。
(三)顯微鏡的重要(yào)光學技術參數
在鏡檢時,人們總是希(xī)望能清晰而明亮的理想圖(tú)象,這(zhè)就需要顯微鏡(jìng)的各項光學技術參數達到一定的標準,並且要求在使用時,必須根據鏡檢的目的和實際情況來協調各參數的關係。隻有這樣,才能充分發(fā)揮(huī)顯微鏡應有的性能,得到滿意的鏡檢效果。
顯微鏡的光(guāng)學技(jì)術(shù)參(cān)數包括:數值孔徑、分辨率、放大率、焦深、視場寬度、覆蓋差、工作距離等等。這些參數並不都是越高越好,它們之間是相互聯係又相互製約的,在(zài)使用時,應根據鏡(jìng)檢的目的和實(shí)際情況來(lái)協調參數間(jiān)的關係,但應以保證分辨率為準。
1.數(shù)值孔徑
數值孔徑簡寫NA,數值孔徑是物鏡和聚光鏡的主要技術參數(shù),是判斷兩者(尤其對物(wù)鏡而言)性能高低的重要標誌。其數值(zhí)的大小,分別標刻在(zài)物鏡和聚光鏡的外殼上(shàng)。
數值孔(kǒng)徑(NA)是物鏡前透鏡與被檢物(wù)體之間介質的折射率(n)和孔徑角(u)半數的正弦之乘(chéng)積。用公式表示如下:NA=nsinu/2
孔徑(jìng)角又稱"鏡口角",是物鏡光軸上的物體(tǐ)點與物鏡前透(tòu)鏡的有效直徑所(suǒ)形成的(de)角度。孔徑角越大,進入物鏡的光通亮就越大,它與物鏡的有(yǒu)效直徑成(chéng)正(zhèng)比,與焦點的距離成反比。
顯微鏡觀察時,若想增大NA值,孔(kǒng)徑角是無法增大的,唯一的辦法(fǎ)是增大介質的折射率(lǜ)n值。基於這一原理,就產(chǎn)生了水浸物鏡和油浸(jìn)物鏡,因介質的折射率n值大於1,NA值就能大於1。
數值孔徑最大值為1.4,這個數值在理論上和(hé)技術上都達(dá)到了極限。目前,有用折射率高的溴(xiù)萘(nài)作介質,溴萘的折射(shè)率為1.66,所以NA值可大於1.4。
這裏必須指出(chū),為了充分發揮物鏡數值孔徑的作用(yòng),在觀察時,聚光鏡的NA值應等於或略大於(yú)物鏡的NA值。
數值孔徑與其他技術參數(shù)有著密切的關係(xì),它幾(jǐ)乎決定和影響著其他各(gè)項技術參數。它與分辨率成正比,與放大率成正比(bǐ),與焦深成反(fǎn)比,NA值增大,視場寬度與工(gōng)作距離都會(huì)相(xiàng)應地變小(xiǎo)。
2.分辨率
顯微鏡(jìng)的分辨率(lǜ)是指能被顯微(wēi)鏡清晰區分的(de)兩個物點的最小間距,又稱"鑒別率"。其計算公式是σ=λ/NA
式中σ為最小分辨距離;λ為光線的波長(zhǎng);NA為物鏡的數值孔徑。可見物鏡的分辨率是由物鏡的NA值與照明光源的波長兩個因素決定。NA值越大,照明光線波(bō)長越短,則σ值越小,分辨(biàn)率就越高。
要提高分辨率,即減小σ值(zhí),可采取(qǔ)以下措施
(1)降低波長λ值,使用(yòng)短波長光源。
(2)增大(dà)介質n值以提高NA值(NA=nsinu/2)。
(3)增大孔徑角u值以提高NA值。
(4)增加明暗反差。
3.放大率和(hé)有效放大率(lǜ)
由於經過物鏡和目鏡(jìng)的兩次放大,所以顯微鏡總的放大率(lǜ)Γ應該是(shì)物鏡放大率β和目鏡放大率Γ1的乘積:
Γ=βΓ1
顯然,和放大鏡相比,顯微(wēi)鏡可以(yǐ)具有高(gāo)得多的放大率,並且通過調(diào)換不(bú)同放大(dà)率的物鏡和目(mù)鏡,能夠方便地改變顯微鏡的放大率。
放大率也是顯微鏡的重要參數,但也(yě)不能盲目相信放大率越高越好。顯微鏡放大倍率的極限即(jí)有效放大倍率。
分(fèn)辨率和放大倍率是兩個不同的但又(yòu)互有聯係的概念。有關係式:500NA<Γ<1000NA
當選用的物鏡數值(zhí)孔徑不夠大,即分辨率不夠高時,顯微鏡不能分清物體的微細結構,此時即使過度地增大放大倍率,得到的也隻能是一(yī)個輪(lún)廓雖大但細(xì)節不清的圖(tú)像,稱為無效放大倍率。反之如果(guǒ)分辨率已滿足(zú)要求而放大倍率不足,則顯微鏡雖(suī)已具備分辨的能力,但因圖像太小而仍然不能被人(rén)眼清晰(xī)視見。所以為了充分發揮顯(xiǎn)微鏡的分辨能力,應使數值孔徑與顯微鏡(jìng)總放(fàng)大倍率合理(lǐ)匹配。
4.焦深
焦深為焦(jiāo)點深度的簡稱,即在使用顯微鏡(jìng)時,當焦點對(duì)準某一物體時,不僅位(wèi)於該點平麵上的各點都可以看清楚,而且在此平麵的上下(xià)一定厚度內,也能看得清楚,這個清楚部分的(de)厚度就是焦深。焦深大,可以看到被檢物體的(de)全(quán)層,而(ér)焦深小,則隻(zhī)能看到被檢(jiǎn)物體的一薄層,焦深與其他技術參數有(yǒu)以下關係:
(1)焦深與總放大倍數及物(wù)鏡的數值孔徑成(chéng)反比。
(2)焦深大,分辨率降低。
由(yóu)於低(dī)倍物(wù)鏡(jìng)的景深較大,所以(yǐ)在低(dī)倍(bèi)物鏡(jìng)照相時造成(chéng)困難。在顯微照(zhào)相時(shí)將(jiāng)詳細介紹(shào)。
5.視場直徑(FieldOfView)
觀察顯微(wēi)鏡時,所看到的明(míng)亮(liàng)的圓形範圍叫視場(chǎng),它的大小是由目鏡裏的(de)視場光闌決定的。
視場直徑也稱(chēng)視場(chǎng)寬度,是指在顯微鏡下看到的(de)圓形視場內所能(néng)容納被檢物體的實際(jì)範圍。視場直徑愈大,愈(yù)便於(yú)觀察(chá)。
有(yǒu)公式F=FN/β
式(shì)中F:視場(chǎng)直徑(jìng),FN:視場數(FieldNumber,簡寫為FN,標刻在目鏡的鏡筒外側),β:物鏡放大率。
由公(gōng)式可看出:
(1)視(shì)場(chǎng)直(zhí)徑與視場數成(chéng)正比。
(2)增大物鏡的倍數,則視場直徑減(jiǎn)小。因此,若在低倍鏡下可以看到被檢物體的全貌,而換成高倍物鏡,就隻(zhī)能看到被檢(jiǎn)物體的很小一部份。
6.覆蓋差
顯微鏡的光學係統也包括蓋玻片在內。由於蓋玻片的厚度不(bú)標準,光(guāng)線從蓋玻(bō)片進入空氣產生折射後的光路發生了改(gǎi)變,從而(ér)產生了(le)相差,這就是覆蓋差(chà)。覆蓋差的產生影響了顯微鏡的成響質量。
國際上規定,蓋玻片的標準厚度為0.17mm,許可範圍在(zài)0.16-0.18mm,在物鏡的製造上已將此厚度範圍的相差計算在內。物鏡外殼上標的0.17,即表明該物鏡所要求的蓋玻片的厚度(dù)。
7.工作距離WD
工作距離也叫物距,即指物鏡前透鏡的表麵到(dào)被檢物體之間的距離。鏡檢時,被檢物體應處在物鏡的一倍至二倍焦距之間。因此,它與焦距是兩個概念,平時習慣所說的調焦,實際上是調節工作距離。
在物鏡數值孔徑一定的情(qíng)況下,工作距離短孔徑角則大。
數(shù)值孔徑大的高倍物鏡,其工(gōng)作距離小。
(四)物鏡
物鏡是顯微鏡最重要的光學部件,利用光線(xiàn)使被檢物體第一次成象,因(yīn)而直接關係和影響成象的質量和各項光學技術參數,是衡(héng)量(liàng)一台(tái)顯微鏡質量的首要(yào)標準。
物鏡的結構複雜,製(zhì)作精密,由於對象差的校正,金屬的物(wù)鏡筒內由相隔一定距離並被固定的透鏡(jìng)組組合而成。物鏡有(yǒu)許多具體的要求,如合軸,齊焦。
齊焦既是在鏡檢時(shí),當用某一倍率的物鏡觀察圖(tú)象(xiàng)清晰後,在轉換(huàn)另一(yī)倍率(lǜ)的物(wù)鏡時,其成象亦應基本清晰,而且象的中心偏離也應該在一定的範圍內,也就是合軸程(chéng)度。齊焦性能的優劣和合軸程度的高低(dī)是(shì)顯(xiǎn)微鏡質量的一個重要標誌,它是與物(wù)鏡的本身質(zhì)量和物鏡轉換器的精度有(yǒu)關。
現代(dài)顯微物鏡已達到高度完善,其數值孔徑已接近極限,視場中(zhōng)心的分辨率與理論值之區別已(yǐ)微乎其微。但繼續增大顯微物鏡視(shì)場與提高視場邊緣成象質量(liàng)的可能性仍然存在,這種研究工作,至今仍在進行(háng)。
顯微物鏡與目鏡在參於成象(xiàng)這點上是有區別的。物鏡是顯微鏡最(zuì)複雜和(hé)最重要的部分,在寬光束中(zhōng)工作(zuò)(孔徑大),但這些光束與光軸的傾角較小(視場小);目鏡在窄光束(shù)中工作,但其傾(qīng)角(jiǎo)大(視場大)。當計(jì)算(suàn)物鏡(jìng)與目鏡,在消除(chú)象(xiàng)差上有很大差別。
與寬(kuān)光束有關的象差是球差、慧差以及位(wèi)置色(sè)差(chà);與(yǔ)視場有關的象差是象(xiàng)散、場曲、畸變以及倍率包(bāo)差。
顯微物鏡是一消球差係統。這意味著(zhe):就軸上的一對(duì)共軛點而言,消除了球差並且(qiě)實現了正弦條件時,每一(yī)物鏡僅有兩個這種消(xiāo)球差點。因此,物體與象(xiàng)的計算位置的任何改變均導致象差變大。
1.物鏡的主要參數
(1)放大率(lǜ)β
(2)數值孔徑NA
(3)機械(xiè)筒長L:在顯微鏡中,物鏡(jìng)支承麵到目鏡支承麵之間的距離稱為機械筒(tǒng)長。對於一台顯微鏡來說,機械筒長是固定的。我國規定機械筒(tǒng)長是160毫米(mǐ)。
(4)蓋玻片厚(hòu)度d
(5)工作距離WD
這些參數,大多刻(kè)在物鏡筒上,如圖3所示。
有(yǒu)一種所謂筒長無限的顯微物鏡,這(zhè)種物鏡的後方一般帶有輔助物鏡(也叫補償物鏡或鏡筒物鏡),被觀察物體位於物鏡前焦點上,經過物鏡以(yǐ)後,成(chéng)像在無(wú)限遠,再經過輔助物鏡成像在輔助物鏡的焦平麵上,如圖4所示。在物鏡和輔助物鏡之間是(shì)平(píng)行(háng)光,所以中間距離比較自由一些,可以加(jiā)入棱鏡等光學元件。
2.物鏡的基本類型
(1)按顯微鏡鏡筒長度(以mm計):透射光(guāng)用160鏡筒,帶0.17mm厚或更厚的蓋(gài)玻片;反射光用190鏡筒,不帶蓋(gài)玻片;透射光與反射光用鏡筒,筒長無限大。
(2)按(àn)浸法特征:非浸式(幹式)、浸式(油浸、水浸、甘油浸及其它浸法)。
(3)按光學裝置:透射式、反射式以及折(shé)反射式。
(4)按數值(zhí)孔徑和放大倍數:低倍(NA≤0.2與β≤10X),中倍(NA≤0.65與β≤40X),高倍(NA>0.65與β>40X)。
(5)按校正象差的情況(kuàng)不同,通常分為消色(sè)差物鏡,半複消色差(chà)物鏡,複消色差物(wù)鏡,平視場消(xiāo)色差物鏡,平視場複消色差物鏡和單色(sè)物鏡。
a.消色差(chà)物鏡(Achromaticobjective)
這是應用最廣泛的一類顯微物鏡,外殼上常有"Ach"字樣。它校正了軸上點的位置色差(紅,藍二色)、球差(黃綠(lǜ)光)和正弦差,保持了齊明條件。軸外點的(de)象散不超過(guò)允許值(zhí)(-4屬光度),二級光譜未(wèi)校正。
數值孔徑為0.1~0.15的低(dī)倍消色差(chà)物鏡(jìng)一般由兩片透鏡膠合(hé)在一起的雙膠(jiāo)物鏡構成。數值孔徑至0.2的消色差物鏡由兩組雙膠(jiāo)透鏡構成。當數(shù)值孔徑增大到0.3時,再(zài)加入一平凸透鏡,該平凸透鏡決定著物鏡的焦距,而其它透鏡則補償由其(qí)平麵與球麵產生的象(xiàng)差。高倍物鏡的(de)平麵(miàn)象差可用浸法消除。高倍(bèi)消色差物鏡一般均為浸式,由四部分構成:前片透鏡、新月形透鏡及(jí)兩個雙膠(jiāo)透鏡組。
b.複消色差物鏡(jìng)(Apochromaticobjective)
這類物鏡的結構(gòu)複(fù)雜,透鏡采用了特種玻璃或螢石等材料製作而成,物鏡的外殼上標有"Apo"字樣。它對兩個色光實現了正弦條件,要求嚴(yán)格地校正軸上點的位置色差(紅,藍二色)、球差(紅,藍二色)和正弦差,同時要求校正二級光譜(再校正綠光的位(wèi)置色差)。其倍率色差並不能完全校正,一般(bān)須用目鏡補償。
由於對各(gè)種象差的校(xiào)正極為完善,比響應倍率的消色差物鏡有更大的數值孔徑(jìng),這樣不僅(jǐn)分辨率(lǜ)高,象(xiàng)質量優而(ér)且也有更高的有效放大率。因(yīn)此,複消色差物(wù)鏡的性能很高,適(shì)用於高級研究鏡檢和顯微照相。
c.半複消色差物鏡(Semiapochromaticobjective)
半複消色差物鏡又稱(chēng)氟石物鏡,物鏡(jìng)的外殼上標(biāo)有"FL"字樣。在結構上透鏡的數目(mù)比消色(sè)差物(wù)鏡多,比(bǐ)複消色差物鏡少,成象質量上,遠較消色差物鏡為好,接近於(yú)複消色差(chà)物鏡。
d.平視場物鏡(Planobjective)
平場物(wù)鏡是在物鏡的透鏡係統中增加一(yī)快半月形的厚透鏡,以(yǐ)達到校正場曲(qǔ)的缺陷,提高視場邊緣成像質量的目的。平場物鏡的視場平坦,更適用於鏡檢和顯微照相。對於平視場消色差物鏡(jìng),其倍率色差不大,不必用特(tè)殊目鏡補償。而平(píng)視(shì)場複消色差物鏡,則必須用目鏡來補償它的倍率色差。
e.單色物(wù)鏡(jìng)
這類物鏡由石英、熒石或(huò)氟化鋰製的一組(zǔ)單片透鏡構成。隻能在紫外線光譜區(qū)的(de)個別區內使用(寬度不超過20mm),可見光譜區不能采用單色物鏡。這類物鏡均製成反射式與折(shé)反射式係(xì)統。主要(yào)缺點是相當大一部分光束在中心被遮蔽(入瞳麵積的25%)。在新(xīn)型折反射係統中,由於采用半透明反(fǎn)射鏡以及物(wù)鏡(jìng)的膠(jiāo)合結構,使這(zhè)一缺點(diǎn)大為減輕,從而可以取消反射鏡框(kuàng)的(de)遮光。並且兩同(tóng)軸反射鏡的殘餘象差是互相補償的,同時用透鏡組來增大數值孔徑。若(ruò)係統的校正滿意,孔(kǒng)徑達到NA=1.4時,中心遮蔽可(kě)不超過(guò)入瞳麵積的4%。
f.特種物鏡
所謂"特種物鏡"是在上述物鏡的基礎上,專門為達到某(mǒu)些特定的觀察效果而設計製造的。主要有(yǒu)以下幾種:
(a)帶校正環物鏡(Correctioncollarobjective)
在(zài)物鏡的中部裝有環裝的(de)調節(jiē)環(huán),當轉動調節環時,可調節物鏡內透鏡組之間的距離,從而校正由蓋玻片(piàn)厚度不標準引起的(de)覆蓋差。調節環上的刻度可從0.11--.023,在物鏡的外殼上也(yě)標科有此(cǐ)數字(zì),表明可(kě)校正蓋玻片從0.11-0.23mm厚度之間的誤差。
(b)帶虹彩光闌的物鏡(Irisdiaphragmobjective)
在物鏡鏡筒內的上部裝有虹彩光闌,外方也可以旋轉的調節環,轉動時可調節光闌孔徑的大小,這種結構(gòu)的物鏡是高級的油浸物鏡,它的作用(yòng)是在暗視場(chǎng)鏡(jìng)檢時(shí),往往由於某些原因而使照明光線進入物鏡,使視場背景不夠黑暗,造(zào)成鏡檢質量的下降。這時調節光(guāng)闌的大小,使背景(jǐng)變黑,使被檢物體更明(míng)亮,增強鏡(jìng)檢效果。
(c)相襯物鏡(Phasecontrastobjective)
這種物鏡是(shì)由於相襯鏡檢(jiǎn)術的專用(yòng)物鏡,其特點(diǎn)是在物鏡的後焦平麵處裝有相板。
(d)無罩物鏡(Nocoverobjective)
有些被檢物體,如塗抹製片等,上麵不能(néng)加用蓋玻片(piàn),這(zhè)樣在(zài)鏡檢(jiǎn)時應使用無罩(zhào)物鏡,否則圖象質量將明顯下降(jiàng),特別是在高倍(bèi)鏡檢時更為明顯。這種物鏡的(de)外殼上常標刻(kè)NC,同時(shí)在蓋玻片(piàn)厚度的位置上沒有0.17的字樣,而標刻著"0"。
(e)長工(gōng)作距(jù)離物鏡
這(zhè)種物(wù)鏡是倒置(zhì)顯微鏡的專用物鏡,它是(shì)為了滿足組織培養,懸浮液等材料的鏡檢而設計。
(五)目鏡
目(mù)鏡的作用是把物鏡(jìng)放大的實象(中間象)再放大一級,並把物(wù)象映入(rù)觀察者的(de)眼中,實質上目鏡就是一個放大鏡。已知顯微鏡的分辨(biàn)率能力是由物(wù)鏡的數值孔徑所決定的,而目鏡(jìng)隻是(shì)起(qǐ)放大作用。因此,對(duì)於物鏡不能(néng)分(fèn)辨出的結(jié)構(gòu),目鏡放的再(zài)大,也仍然不能分辨出。
(六)聚光鏡
聚光(guāng)鏡(jìng)裝在載物台的(de)下方。小型的顯微鏡往往無聚光鏡,在使用數值孔徑0.40以上的物鏡時,則必須具有聚光鏡。聚光鏡不僅可以彌補光量的(de)不足和適當改變從光源射來的光的(de)性質,而且將光線(xiàn)聚(jù)焦(jiāo)於被檢物體上,以(yǐ)得(dé)到最好的照明效果。
聚光鏡的的結構有多種,同時根據物鏡數(shù)值孔徑的大小,相應地對聚光鏡的要求也不同。
1.阿貝聚光(guāng)鏡(Abbecondenser)
這是由德國光學大(dà)學大(dà)師(shī)恩斯特.阿貝(ErnstAbbe)設計。阿貝聚光鏡由(yóu)兩片透鏡(jìng)組成,有較(jiào)好的聚(jù)光能力,但是在物鏡數值孔徑高於0.60時,則色差,球差就(jiù)顯示出來。因此,多用於普通顯微鏡上。
2.消色差聚光(guāng)鏡(Achromaticaplanaticcondenser)
這(zhè)種聚光鏡(jìng)又名"消球差(chà)聚光鏡"和"齊明聚光鏡",它由一係列透鏡組成,它對色差球差的校正程度(dù)很高,能得到理想的圖象,是明場鏡檢中質量最高的一種聚光鏡,其NA值達(dá)1.4。因此,在高級研究顯微鏡常配有此種聚光鏡。它不適用於4X以(yǐ)下的(de)低倍物鏡,否則照明光源不能充(chōng)滿整個視場。
3.搖出(chū)式聚光鏡(Swingoutcondenser)
在使用低倍物鏡時(如(rú)4X),由於視場大,光源所形成的光錐不能充滿真整個視場,造成視(shì)場邊(biān)緣部分黑暗,隻中央(yāng)部分被照(zhào)亮(liàng)。要使視場充滿照明,就需將聚光鏡的上透鏡(jìng)從光路(lù)中搖出。
4.其它聚光鏡
聚光鏡(jìng)除(chú)上(shàng)述明場使用的類型(xíng)外,還有作特殊用圖的聚光鏡。如(rú)暗視場聚光鏡,相襯聚光鏡,偏光聚光鏡,微分幹涉聚光鏡等,以上聚光(guāng)鏡分別適用(yòng)於相應的(de)觀察方式(shì)。
(七)照明方法
顯微鏡的照明方(fāng)法按其照明光束的形(xíng)成(chéng),可分為"透射式照明",和"落射(shè)式照明"兩大類。前(qián)者適用於透明(míng)或半透明的被檢物體,絕大數生物顯微鏡屬於此(cǐ)類照明(míng)法;後者則適(shì)用於非透明(míng)的被檢物體,光源來自上方,又稱""反射式(shì)照(zhào)明"。主(zhǔ)要應用與金相(xiàng)顯微鏡或熒(yíng)光鏡檢法。
1.透射式照明
生(shēng)物顯微鏡多用來觀察透明(míng)標本,需要以透射光(guāng)來照明。有兩種照明方式
(1)臨界照明(Criticalillumination)光源(yuán)經過聚光鏡後,成像(xiàng)於物平麵上,如(rú)圖5所示(shì)。若忽略光能(néng)的損失,則光源像的亮度與光源(yuán)本身相同(tóng),因(yīn)此,這種方法相當(dāng)於在物平麵上放置(zhì)光源。顯然,在臨界照明中,如果光源表麵(miàn)亮度不均勻,或明顯地表現(xiàn)出細小的結(jié)構,如燈絲等,那麽就要嚴重影響顯微鏡觀察效(xiào)果,這是臨界照明的缺點。其補救的方法是在光源的前方放置乳白和吸熱濾色片(piàn),使照明變得較為(wéi)均勻和避(bì)免光源的長時間的(de)照射而損傷(shāng)被檢物體。用透射光照(zhào)明時,物鏡成像光束的孔徑角,被聚光鏡像(xiàng)方光束的(de)孔徑角所決(jué)定,為使(shǐ)物鏡的數(shù)值孔徑得到充分利用,聚光鏡應有與物鏡(jìng)相同或稍大的數(shù)值孔徑。
(2)柯拉照明臨界照明中物麵光照度不均勻的缺點,在柯拉照明中可以消除(chú)。在光源1與聚光鏡5之(zhī)間加一輔助聚光鏡2,如圖6所示。可見,由於不是直(zhí)接(jiē)把光源,而是把被光源均勻照明了的(de)輔助聚光(guāng)鏡2(也稱為柯(kē)拉鏡)成像在標本6上,所以物鏡的視場(標本)得到均(jun1)勻的(de)照明。
2.落射(shè)式照明
在觀察不透明(míng)物體時,例如通過金相顯微鏡觀察金屬磨片,往(wǎng)往是采(cǎi)用從(cóng)側麵(miàn)或者從上麵加以(yǐ)照明的(de)方式。此時,被(bèi)觀察物體的表麵上沒有蓋(gài)玻璃片,標本像的產生(shēng)是靠進入物鏡的反射或(huò)散射光線。如(rú)圖7所示。
3.用暗視場來觀察微粒的照明方法
用暗視場方法可以觀察超(chāo)顯微質點。所謂超顯微質點,是指那(nà)些小於顯微鏡分辨極限的微小質點。暗視(shì)場照明的原(yuán)理是:不使主要的照明光線進入物鏡,能夠進入物鏡成像的隻是由微粒所散射的光線。因此,在暗(àn)的背景上給出了亮的微(wēi)粒的像,視場(chǎng)背景雖暗,但襯度(對(duì)比)很好,可以使分辨率(lǜ)提高。
暗視場(chǎng)照明又(yòu)有單向和雙向之分
(1)單(dān)向暗視場(chǎng)照明圖8是單向暗視場照明示意圖。由圖可見,由照明器2發出的(de)光線,經不透明的標本(běn)片1反射後,主要的光線都沒有進入物鏡3,進入物鏡的光(guāng)線主(zhǔ)要是由微粒或凸凹不平的細(xì)部所(suǒ)散射的光線。顯然,這種單向(xiàng)的暗視場照明,對觀察微粒的(de)存在和運(yùn)動是有效(xiào)的(de),但對物體細節的再現不是(shì)有效的,即存在(zài)"失真"的現象。
(2)雙向暗(àn)視場照明雙(shuāng)向暗視場(chǎng)照(zhào)明,可以消除單向所產生的失真缺點。在普通的三(sān)透(tòu)鏡聚光鏡前麵,安(ān)置一個環形光闌,如圖9即可實現雙向暗視場照明。在聚光(guāng)鏡的最後一片與載物玻璃片之間浸以液體,而蓋玻璃片與物鏡之間是幹的。於是,經過聚光鏡的環形光束(shù),在蓋玻璃片內全反射(shè)而不能進入物鏡,形成如圖中的回路。進入物鏡的隻是由標本上的微粒所散射的光(guāng)線,形(xíng)成了雙向暗視場照明。