光学显微镜原理

光学显微镜的工作原理

显微镜是一种精密的光学仪器，已有300多年的发展史。自从有了显微镜，人们看到了过去看不到的许多微小生物和构成生物的基本单元——细胞。目前，不仅有能放大千余倍的光学显微镜，而且有放大几十万倍的电子显微镜，使我们对生物体的生命活动规律有了更进一步的认识。在普通中学生物教学大纲中规定的实验中，大部分要通过显微镜来完成，因此，显微镜性能的好坏是做好观察实验的关键。

一、显微镜的光学系统

显微镜的光学系统主要包括物镜、目镜、反光镜和聚光器四个部件。广义的说也包括照明光源、滤光器、盖玻片和载玻片等。

（一）、物镜

物镜是决定显微镜性能的最重要部件，安装在物镜转换器上，接近被观察的物体，故叫做物镜或接物镜。

1、物镜的分类

物镜根据使用条件的不同可分为干燥物镜和浸液物镜；其中浸液物镜又可分为水浸物镜和油浸物镜（常用放大倍数为90—100倍）。

根据放大倍数的不同可分为 低倍物镜（10倍以下）、中倍物镜（20倍左右）高倍物镜（40—65倍）。

根据像差矫正情况，分为消色差物镜（常用，能矫正光谱中两种色光的色差的物镜）和复色差物镜（能矫正光谱中三种色光的色差的物镜，价格贵，使用少）。

2、物镜的主要参数： 物镜主要参数包括：放大倍数、数值孔径和工作距离。

①、放大倍数是指眼睛看到像的大小与对应标本大小的比值。它指的是长度的比值而不是面积的比值。例：放大倍数为100×，指的是长度是1μm的标本，放大后像的长度是100μm，要是以面积计算，则放大了10,000倍。

显微镜的总放大倍数等于物镜和目镜放大倍数的乘积。

②、数值孔径也叫镜口率，简写NA 或A，是物镜和聚光器的主要参数，与显微镜的分辨力成正比。干燥物镜的数值孔径为，油浸物镜（香柏油）的数值孔径为。

③、工作距离是指当所观察的标本最清楚时物镜的前端透镜下面到标本的盖玻片上面的距离。物镜的工作距离与物镜的焦距有关，物镜的焦距越长，放大倍数越低，其工作距离越长。例：10倍物镜上标有10/和160/，其中10为物镜的放大倍数；为数值孔径；160为镜筒长度（单位mm）；为盖玻片的标准厚度（单位 mm）。10倍物镜有效工作距离为，40倍物镜有效工作距离为 。

第 1 页 共 9 页 显微镜的四大光学原理 显微镜操作规程

一．折射和折射率 光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透亮物体时，则发生折射现像，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透亮物面不垂直的光线由空气射入透亮物体 一．折射和折射率

光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透亮物体时，则发生折射现像，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透亮物面不垂直的光线由空气射入透亮物体（如玻璃）时，光线在其介面更改了方向，并和法线构成折射角。

二．透镜的性能

透镜是构成显微镜光学系统的最基本的光学元件，物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜构成。依其外形的不同，可分为凸透镜（正透镜）和凹透镜（负透镜）两大类。当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称“焦点”，通过交点并垂直光轴的平面，称“焦平面”。焦点有两个，在物方空间的焦点，称“物方焦点”，该处的焦平面，称“物方焦平面”；反之，在像方空间的焦点，称“像方焦点”，该处的焦平面，称“像方焦平面”。光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。

三．影响成像的关键因素—像差

由于客观条件，任何光学系统都不能生成理论上理想的像，各种像差的存在影响了成像质量。下面分别简要介绍各种像差。 第 2 页 共 9 页 1．色差 色差是透镜成像的一个严重缺陷，发生在多色光为光源的情况下，单色光不产生色差。白光由红 橙 黄 绿 青 蓝 紫

七种构成，各种光的波长不同 ，所以在通过透镜时的折射率也不同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑。光学系统最紧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察看都带有色斑或晕环，使像模糊不清。而放大率色差使像带有彩色边缘。

2．球差 球差是轴上点的单色相差，是由于透镜的球形表面造成的。球差造成的结果是，一个点成像后，不在是个亮点，而是一个中心亮边缘渐渐模糊的亮斑，从而影响成像质量。

光学显微镜的实验原理

光学显微镜是一种利用光学原理观察微小物体的仪器。它由物镜、目镜和光源组成。其实验原理如下：

1. 光源发出的光经过准直器使光线垂直并准直进入光路。

2. 横截面为圆形的准直光束通过物镜，其中的一个面是凸面，使光线发生折射，并在焦点附近汇聚。

3. 微小待观察的物体放在物镜的焦点附近，这样物体上的光线几乎全部平行地进入物镜。

4. 物镜汇聚和放大了物体上的光线，并将它们投射到目镜中。目镜中的光线会经过凹透镜将它们有效地延伸至无穷远处，以便使人眼看到清晰的放大影像。

5. 由于眼睛与入射光线之间有一定的夹角，所以在目镜中放大的图像将看起来比物体实际大小要大。

6. 观察者通过调节焦度，使物体放大的图像清晰可见。

通过这种光学原理，光学显微镜可以放大物体至几百倍乃至几千倍，并提供清晰的延伸图像。它在生物学、医学、材料科学以及其他领域的研究和实验中发挥着重要的作用。

光学显微镜的原理及构造

显微镜是人类认识物质微观世界的重要工具，是现代科学研究工作

不可缺少的仪器之一。显微镜自1666年问世以来已有300多年的历史

了，其间随着科学技术不断发展，显微镜的品种不断增加，结构和性能

逐步得到完善和提高。 根据不同的使用用途，光学显微镜可分为普通

光学显微镜、暗视野显微镜、相差显微镜、荧光显微镜、倒置显微镜、

体视显微镜、偏光显微镜等10多种。目前，世界上许多国家都可以生产

光学显微镜，牌名、种类繁杂，其中德国、日本等国制造的显微镜品

质、数量占优势，但价格昂贵。 对于现代的光学显微镜，包括各种简

单的常规检验用显微镜、万能研究以及万能照相显微镜等，首先要认识

其构造及各部件的功能，同时要掌握正确的调试、使用和保养方法，才

能在实际应用中面对各种要求时以不同的显微镜检方法，充分发挥显微

镜应有的功能，提高常规检验工作效率.

光学显微镜的原理和构造

随着科学技术的发展，显微镜检方法由最传统的明视野、暗视野发

展出了相差法、偏光方法；荧光方法也由透射光激发进展为落射光激

发，使荧光效率大为提高；微分干涉相衬方法基于偏光方法，而巧妙地

利用了微分干涉棱镜，使之能应用于医学与生物学的样品，又能应用于

金相样品的分析与检验。

下面以德国ZEISS公司生产的Axioplan万能研究用显微镜，简单介

绍万能显微镜的基本组成部件。

1. 显微镜主机体（stand）　显微镜的主机体设计成金字塔形，而底

座的截面呈T字形，使显微镜的整体相当稳固。显微镜的光学部件和机

构调节部件、光源的灯室、显微照相装置、电源变压稳压器等，都可安

装在主机体上或主机体内。

2. 显微镜的底座（base）　底座和主机体通常组成一个稳固的整体。

底座内通常装有透射光照明光路系统（聚光、集光和反光）部件，光源

的滤光片组，粗/微调焦机构，光源的视场光阑也安装在底座上。

3. 透射光光源（tranilluminator）　透射光光源由灯室（lamp

housing）、灯座（lamp socket）、卤素灯（halogen lamp）、集光与