DIC 微分干涉差显微镜原理

光学显微镜的原理

发布时间：10-05-15 来源：仪表展览网 点击量：2284 字段选择：大 中 小

将微小物体或物体的微细部分高倍放大，以便观察的仪器或设备。它广泛应用于工农业生产及科学研究。生物学和医学工作者在业务中也经常使用显微镜。大致分为光学显微镜和电子显微镜。

光学显微镜 即以可见光为光源的显微镜。普通的光学显微镜在结构上可分为光学系统和机械装置两个部分。光学系统主要包括目镜、物镜、聚光器、光阑及光源等部分。机械装置主要包括镜筒、镜柱、载物台、镜座、粗细调节螺旋等部分(图1)。其基本光学原理如图2,图中左边小的凸透镜代表短焦距的一组透镜，称物镜。右边大的凸透镜代表长焦距的一组透镜，称目镜。被观察的物体(AB)放在物镜焦点(f1)稍外的地方。物体的光线通过物镜后在目镜焦点(f2)稍内方形成一个倒立的放大实像(B'A')。观察者的眼睛通过目镜将该实像(B'A')进一步放大为一个倒立的虚像(B″A″)。

目镜位于显微镜筒的上方，一般由两个凸透镜构成。它除了进一步扩大物镜所形成的实像之外，也限制了眼睛所观察的视野。按放大率分,常用目镜有5倍、10倍和15倍三种。

物镜一般位于显微镜筒的下方，接近所观察的物体。由8～10片透镜组成。其作用一是放大(给物体造成一个放大的实像),二是保证像的质量,三是提高分辨率。常用物镜可按放大率分为低倍 (4×)、中倍(10×或20×)、高倍(40×)和油浸物镜(100×)。多个物镜共同镶在换镜转盘上，可以按需要转动转盘选择不同倍数的物镜。

显微镜的放大倍数为目镜倍数乘物镜倍数，如目镜为10倍，物镜为40倍,则放大倍数为40×10倍(放大400倍)。优良的显微镜可放大2000倍，可分辨相距1×10-5cm的两点。

当白光通过凸透镜时,波长较短的光(蓝紫色),其折射度大于长波长的光(红橙色)，因此，成像时在像周出现各色光谱围绕,并且有一圈蓝色或红色的辉光,这种颜色上的缺陷称为色差。由于光线进入(和离开)透镜镜面各部分的角度不同，从透镜四周透过的光线与从透镜中心透过的光线相比，其折射角度较大。因此，成像时在像周出现模糊而歪曲的影像。这种成像面弯曲的缺陷称为球面差。一系列形状、结构和距离不同的凸和凹透镜组互相配合，便能最大限度地纠正色差和球面差，形成一个明亮、清晰而准确的影像。这就是目镜或物镜分别由一组透镜构成的缘故。这种透镜称为平场消色差透镜。

相差显微镜以较强的可见光作光源,当光线到达标本面时,标本内部的小粒、小孔或其他结构均可产生衍射光 ,衍射光比直接入射的光线相位迟约l/4,而且发生偏转、发散。

相差显微镜通过环状光阑和相差板改变直射光和衍射光的相位差而产生亮反差或暗反差。

① 环状光阑位于光源与聚光器之间。作用是使透过聚光器的光线形成空心光锥,聚焦到标本上,最后在物镜后面聚集形成一个光环;而标本面上发散的衍射光在到达物镜后焦面时不能聚焦成光环,而分散在光环之外,从而将直射光与衍射光在后焦面分开。

② 在相差显微镜后焦面装有一个相差板,相差板分为环状的共轭区和环两侧的并协区,直射光通过共轭区,衍射光通过并协区。

如果在并协区涂上延迟相位的物质,使衍射光的相位再延迟1/4l ,使直射光与衍射光的相位差达1/2 l ,当这些产生衍射的颗粒或其他结构成像时,合成波的振幅为二波振幅之差,因而合成波的振幅比背景直射光的振幅小,物象显得很黑而背景明亮,这种效果叫暗反差;

如果在共轭区涂上延迟相位的物质,直射光与被延迟1/4 l的衍射光同相位,从而发生相长干涉,合成波振幅比直射光振幅大,物象比背景亮 ,这种效果叫明反差。

相差显微镜的原理、结构和应用

曾晓飞

相差显微镜是荷兰科学家Zernike于1935年发明的，用于观察未染色标本的显微镜。活细胞和未染色的生物标本，因细胞各部细微结构的折射率和厚度的不同，光波通过时，波长和振幅并不发生变化，仅相位发生变化(振幅差)，这种振幅差人眼无法观察。而相差显微镜通过改变这种相位差，并利用光的衍射和干涉现象，把相差变为振幅差来观察活细胞和未染色的标本。相差显微镜和普通显微镜的区别是:用环状光阑代替可变光阑，用带相板的物镜代替普通物镜，并带有一个合轴用的望远镜

1 相差显微镜的基本原理

当一束平行光通过被检测标本,遇到一种物点时,由于各物点对光的吸收程度不同,在显微镜视场中可见到灰度(即明暗度)不同的各物点图像,这是由于光的振幅不同所致。如果标本中的物体近乎透明,视场中就看不出明显的灰度差别。但由于各种物点对光波产生了衍射和折射,使得通过的光波因延迟而发生了偏离,其光程就有了一定的差别,即产生了所谓“位相差”。人眼不能分辨这种位相差,但可以

设法将这种位相差转换成振幅差。相差显微镜就是利用光的干涉原理,将位相差转换成振幅差(即明暗差)的显微镜装置.

2 相差显微镜的基本构成

1） 与聚光镜装在一起的可转换的环状光栏它是一套在黑色的玻璃片中,有一个无色透光圈的装置,分别适配低、中、高倍接物镜和油镜。由光源进入的光,只能通过透光环进入光路中。

2） 带位相板的物镜 是在物镜透镜聚焦平面上加了一圈灰黑色涂层“板”的接物镜(肉眼可以看到黑色的圈)。

3) 调焦(对光)目镜 原理类似一种望远镜,用于在显微镜中对上述两种装置的焦点调节,其长度可以通过手工改变。

4) 一种绿(或青)色的滤光片。

以上4部分均由厂家配套供应,通常在使用前临时装于与之匹配的显微镜上,见图2。目前,国内外销售的高档显微镜,一般都备有相差装置。

3 相差显微镜的使用

1）安装相差装置 将普通显微镜的聚光镜卸下,将带环状光栏的聚光镜装到相匹配的显微镜上;将显微镜的普通物镜卸下,换上带位相板的物镜;将目镜换成相差显微镜专用的调焦目镜;在光源进光处放置专用的绿色滤光片(有时可以不用)。

旗开得胜

读万卷书 行万里路 1 显微镜的七种观察方法

发布时间：2013-1-7

一．明视野观察（Brightfield）

明视野镜检是大家比较熟悉的一种镜检方式，广泛应用于病理、检验，用于观察被染色的切片，所有显微镜均能完成此功能。

二．暗视野观察（Darkfield）

暗视野实际是暗场照明发。它的特点和明视野不同，不直接观察到照明的光线，而观察到的是被检物体反射或衍射的光线。因此，视场成为黑暗的背景，而被检物体则呈现明亮的象。

暗视野的原理是根据光学上的丁道尔现象，微尘在强光直射通过的情况下，人眼不能观察，这是因为强光绕射造成的。若把光线斜射它，由于光的反射，微粒似乎增大了体积，为人眼可见。

暗视野观察所需要的特殊附件是暗视野聚光镜。它的特点是不让光束由下至上的通过被检物体，而是将光线改变途径，使其斜射向被检物体，使照明光线不直接进入物镜，利用被检物体表面反射或衍射光形成的明亮图象。暗视野观察的分辨率远高于明视野观察，最高达0.02—0.004

三．相差镜检法（Phasecontrast）

在光学显微镜的发展过程中，相差镜检术的发明成功，是近代显微镜技术中的重要成就。我们知道，人眼只能区分光波的波长（颜色）和振幅（亮度），对于无色通明的生物标本，当光线通过时，波长和振幅变化不大，在明场观察时很难观察到标本.

相差显微镜利用被检物体的光程之差进行镜检，也就是有效地利用光的干涉现象，将人眼不可分辨的相位差变为可分辨的振幅差，即使是无色透明的物质也可成为清晰可见。这大大便利了活体细胞的观察，因此相差镜检法广泛应用于倒置显微镜。 旗开得胜

读万卷书 行万里路 2

相差显微镜的基本原理是，把透过标本的可见光的光程差变成振幅差，从而提高了各种结构间的对比度，使各种结构变得清晰可见。光线透过标本后发生折射，偏离了原来的光路，同时被延迟了1/4λ（波长），如果再增加或减少1/4λ，则光程差变为1/2λ，两束光合轴后干涉加强，振幅增大或减下，提高反差。在构造上，相差显微镜有不同于普通光学显微镜两个特殊之处：