显微镜基础知识.ppt

显微镜基础知识 技术交流,主要内容,显微镜的历史 光学显微镜基础知识 显微镜的分类及正确了解和使用显微镜 显微镜的安装和维护保养,显微镜简史,显微镜是用来对微小物体进行视觉或摄影放大的仪器。显微镜必须具备三种功能： 产生标本的放大图像 可分辨图像的细微结构 呈现可被人眼及摄影装置分辨的细微结构,图1所示为英国显微学家Robert Hooke在1660年发明的一种复合型显微镜。这种类似工艺品显微镜在标本的附近装有物镜，它的调焦方式采用转动显微镜的镜筒来改变物镜与标本之间的距离来实现. 图1 中显微镜的采用油灯和装满水的球形瓶来照明。灯发出的光线为散射光，通过球形瓶后汇聚在标本上。这类早期的显微镜存在色差（或球差），在白光照明的情况下其图像存在蓝色和红色的光晕。,显微镜简史,因为很多的使用者均是用眼直接对显微镜进行观察，所以了解显微镜与眼晴之间的相互关系显得很重要。人眼具有区别可见光谱范围可从紫光到红光，但人眼无法区别紫外光和红外光。人眼也可感觉从黑色到白色之间的所有的亮度灰阶。这样，对于人眼可看到的图像来说，它应具有可见光谱范围内的颜色变化及光亮度变化。人眼视网膜上接受光颜色的传感器为锥细胞，能区别光亮度而不能区别光颜色的为杆细胞。这些细胞位于人眼内后面的视网膜上。眼的前面（见图1）包括虹膜、弯曲的角膜分别用于接受光线和将其聚焦到视网膜上。,要使图像看起来清晰，在视网膜上的图像应有一个恰当的视角。在相邻视网膜细胞之间的光强度变化，使眼可区分其上面成像的细节。此外相邻细节之间应有足够的对比度使图像可分辨。 因为人眼中透镜改变形状的能力有限，位于很近的目标无法在视网膜上成像。在一般的情况下，人眼成像的距离为10英寸或25CM。,显微镜简史,大约在500年之前，简单的玻璃放大镜就已经发明出来了。这种放大镜为凸透镜（中间比边缘厚）。将放大镜放于标本与眼晴之间即可进行调焦。这种“简单显微镜”可通知过增加视角将图像放大并成于视网膜上。 在1600年，通过Anton von Leeuwenhoek的努力使该类“简单显微镜”或称之为放大玻璃的性能达到了最完善的状态。这种简单显微镜可用来观单细胞的动物（他称这为微生物）及一些较大的细菌。这类产品见图3。由一个十分靠近人眼的放大镜将标本成像成于标本同一边，该图像看起来距人眼大约为10英寸远。该像为虚像，不能被胶片捕获。,显微镜简史,复式显微镜发展于17世纪和18世纪，它的发展受到光学像差的困扰（色差和球差）。这种缺陷是由于采用多个透镜而带来的。此期间，这类显微镜成像质量实际上要比单透镜显微镜产品差，其成象往往很模糊，并存在由色差带来的彩色晕圈。这样不但使成象的质量变坏而且降低了成像的分辨率。在17世纪中期，制造者发现了采用色散不同的两种玻璃制作透镜可降低或消除色差。这种发现最先在比显微镜镜片大的望远镜镜片中。直到18世纪后这种校正色差的透镜才在显微镜上广泛应用。,大约在1600年左右，由于荷兰Janssen兄弟及意大利伽利略的努力，复式显微镜被发明出来。这种显微镜最简单的形式由两片凸透镜组成，一片为物镜靠近标本，目镜则靠近使用者的眼睛。 复式显微镜分两步放大。物镜将一放大的图象成于镜体筒中，目镜将物镜投入的图象再放大,显微镜简史,18世纪和19世纪，伴随着复式显微镜机械和光学质量的大大改进，先进的机械工具使复杂的零件得以加工和制造。在18世纪中期，黄铜合金被用来制作高质量的显微镜。此期间英国及德国的显微镜制造厂大量生产显微镜。他们的产品从设计及制作上均有很大的变化，但由于总的原理限制了产品的特性，使它保持在一个相对固定的状态。图5所示的显微镜是由Hugh Powell and Peter Lealand在1850间制造的。三角型的底座给显微镜提供了稳定的支撑。在这期间，多数人均认同这种结构。,显微镜简史,在19世纪末期，由于在显微镜的制造上产生了较为激烈的竞争及发展，制造成本成为一个重要的因素。黄铜作为一种显微镜的制造材料已显得十分昂贵。用黄铜制作的显微镜主体及其它零件需要冗长的加工及抛光工期。为了降低成本显微镜制商开始在显微镜的主体、载物台及其它外露的非运动部件上采用喷漆的工艺方式。 在20世纪初许多显微镜制造商开始采用铸铁来代替黄铜制作显微镜的主体及载物台。他们也开始在一些重要的黄铜零件上采用电镀的方法来进行表面处理，例如手轮、物镜筒、目镜及机械载物台的部件（见图6）。这类的显微镜基本上仍然采用一种共同的设计方式，均采用单筒目镜，收集外部光源的载物台下反射镜。,显微镜简史,右图所示为Olympus Provis AX70研究显微镜。这种显微镜代表了目前最先进的设计及工艺。它集合了多种照明（落射及透射）,多种观察方式(偏光，DIC，荧光及相衬)的能力。它的摄影装置相当完善，可执行点测光，自动曝光控制，柔性的连续变倍，使取景更容易。Y形的机架设计具备了很好的可操作性，稳定性。光、机、电控制的完美结合，使得操作起来十分容易,是现代先进显微镜的代表.,19世纪以来，显微镜发展迅速，性能不断提高，种类不断增加。 现代的显微镜在设计及性能上远远的超过了20世纪中期的显微镜,这首先是光学玻璃的性能在很大程度上已有了明显的改进，使其可更好的校正光学象差，人工合成的镀镆技术也已十分先进。同时制造商们也开始在显微镜控制上采用集成电路技术，使得操作和摄影也较早期容易得多了，使其自动化程度更高,进而不仅更能适应复杂的工作任务，同时也极大地降低了使用者的工作强度.,显微镜简史,前面的章节涉及了显微镜的基本概念以及从17世纪到现代的简要发展史。事实上，对于显微镜来讲，作为一种常见的科学仪器，显微镜广泛应用于多类科研、常规检查及教育的各个领域，如对科学家来说，显微镜及显微摄影术很早就是一个有用的科研工具了。同时，在显微镜的发展过程中，也极大地推动了细胞学、微生物学、遗传学、病理学、材料学以及最新的半导体产业的发展。在生命之谜的研究上显微镜也起了很大的作用。,显微镜简史,在现代，显微镜作为一种工具在各类学科的研究方面已得到了极大的发展。例如半导体工业就需要用显微镜来观察新的高技术材料及集成电路的表面特征，显微术也是法学上的的一个重要工具，经常用来检查毛发、纤维、织物、血渍子弹及其它有关的犯罪项目。现代先进的荧光染色技术及单克隆抗体技术，荧光显微术在生物医学及细胞生物学上的应用预期将发生爆炸性的增长。 生物医学与材料学上，显微镜技术的不同点主要是光线投射到标本上的方式不一样。典型的生物医学显微术是将很薄的标本经制备后用光透过该标本，用物镜进行调焦后投射到目镜；而观察材料或集成电路的表面时，光线从物镜出来再由标本的表面反射到显微镜的物镜。 按照现代科学的命名方法，透射光显微术和反射光显微术应该称为diascopic和episcopic照明显微术。下面展示的照片有透射光和反射光科学研究的图片。,显微镜简史,微观世界的奥秘 （生命科学类）,显微镜简史,多姿多彩的显微图片（材料科学类）,显微镜简史,主要厂家 OLYMPUS（日本） ZEISS（德国） NIKON（日本） LEICA（德国,光学显微镜基础知识,原理 显微镜的成像及影响成像的关键因素像差 显微镜的技术参数及工业标准 显微镜的结构 显微镜的光学部件 常用的观察方法,基础知识,透镜成像原理 凸透镜成像的规律 5种典型情况,1.当u2f时，凸透镜成倒立、缩小的实像 2.当u=2f时，凸透镜成倒立等大的实象 3.当fu2f时，凸透镜成倒立、放大的实像 4.当u=f时，凸透镜不成像 5.当uf时，凸透镜成正立放大的虚像,光学显微镜基础知识,注意点,倒立,放大,V2f,异侧（实）,同侧（虚）,正立,放大,透镜成像原理,光学显微镜基础知识,物镜,目镜,显微镜为复式放大结构,、当fu2f时，在凸透镜像方一侧成倒立、放大的实像（物镜放大）,、当uf时，通过在凸透镜像方一侧可观察到在物方一侧有正立放大的虚像（目镜放大）,光学显微镜基础知识,显微镜的成像原理,显微镜的构造,光学显微镜基础知识,显微镜的成像（几何成像原理）,物镜,目镜,A,B, 物镜对物放大 目镜对象放大,光学显微镜基础知识,显微镜的成像 影响透镜成像的关键因素像差,基础知识,像差分类： 球差 象散 慧差 畸变 场曲 色差,光学显微镜基础知识,球差,象散,慧差,场曲,负畸变,正畸变,基础知识,像差分类,像 差,光学显微镜基础知识,球差,离透镜主轴远的光线因折射率大而交点离透镜近；离透镜主轴近的光线因折射率小而交点离透镜远 如果镜头有球差，就不可能结成清晰的影像,光学显微镜基础知识,像差分类,彗差,由于与主轴不平行的光线通过透镜折射会聚所形成的 由于透镜边缘一带的光线与透镜主轴一带的光线所会聚的焦点位置和影像大小有差别 影像的一端宽大虚散而较暗，另一端则窄小清晰而较亮，如同拖带尾巴的慧星一样,光学显微镜基础知识,像差分类,像散,由侧面射来的光线，通过透镜折射后，在底片边缘部分不能同时呈现出横竖线条都清晰的影像 如果横线清晰，则竖线必模糊；反之使竖线清晰则横线必模糊，所以又称纵横像差,光学显微镜基础知识,像差分类,场曲,垂直于主轴的平面物体经镜头成像时，不能使中心部分和边缘部分的影像都清晰，只能在一个球面上达到影像清晰的效果,光学显微镜基础知识,像差分类,畸变,透镜对同一物体的不同部分有不同的放大率，因而使影像产生变形扭曲的现象，越是边缘的部位就越明显,枕形畸变,桶形畸变,光学显微镜基础知识,像差分类,色差,不同颜色的光线波长不同，不同波长的色光在通过透镜时有不同的折射率，所以不能在一个平面上形成焦点,光学显微镜基础知识,像差分类,色 差,光学显微镜基础知识,像差分类,显微镜的基本参数 数值孔径（Numerical Aperture, N.A.): N.A.=nsin 分辨率（Resolving power）： =0.61/N.A 工作距离（Working Distance, W.D.) 焦点深度（Depth of Focus) 总放大率（Magnification）: 视场数（Filed Nember）及视场直径(Filed of view) 像场亮度（Image Brightness） 覆盖差（Coverslip）,光学显微镜基础知识,物镜数值孔径(N.A),TOP值: 干系物镜(0.95),水浸物镜(1.2),油浸物镜(1.4),特制物镜(1.6),介质折射率越大，NA值越高 开口角越大，NA值越高 n=物镜与被检物体之间介质的折射率,光学显微镜基础知识,物镜数值孔径(N.A),数值孔径与显微镜其他参数的关系,物镜的数值孔径是显微镜中最重要的参数.决定和影响着其他参数. 数值孔径与分辨率成正比 数值孔径与放大倍率成正比 数值孔径与焦深成反比 数值孔径的平方与图象亮度成正比 数值孔径和视场直径成反向关系 数值孔径与工作距离成反向的关系.,光学显微镜基础知识,分辨率 Resolving power,基础知识,Resolution (r) = 0.61/ NA （ =光源波长，一般选550nm）,光学显微镜基础知识,提高分辨率的有效办法,基础知识,1.降低光源波长 2.增大介质系数或提 高物镜NA值 3.增大物镜的口径 4.增加明暗反差,Resolution (r) = 0.61/ NA （ =光源波长，一般选550nm）,光学显微镜基础知识,放大倍率（Magnification）,通过目镜 总放大倍率=物镜倍率 X 目镜倍率 （如有中间变倍，再乘中间倍率） 照相时 总放大倍率=物镜倍率 X 照相目镜倍率 接视频时 总放大倍率=物镜倍率 X 接口倍率 X 视频放大倍数 视频放大倍数 = 显示屏幕对角线尺寸/CCD靶面尺寸,光学显微镜基础知识,有效(实)放大和无效(虚)放大 有效放大的倍率与NA值的关系 在使用显微镜放大时尽量用高NA值的物镜来放大,光学显微镜基础知识,放大倍率（Magnification）,工作距离(W.D)Working distance 标准情况下,工作距离与NA值和分辨率成反向关系,基础知识,光学显微镜基础知识,光学显微镜基础知识,工作距离(W.D)Working distance,视场数(FN)和视场直径(FV),视场直径 F.N.视场数,光学显微镜基础知识,视场数与视场直径,视场直径视场数/物镜放大倍数 (mm),视场直径指在显微镜目镜下所看到的圆形视场的直径，单位用毫米表示,光学显微镜基础知识,目镜的视场,基础知识,F.N.22,光学显微镜基础知识,视场直径参数表,视场直径与视场数成正比，与物镜倍率成反比,光学显微镜基础知识,焦深 Depth of focus,焦深与总放大倍数以及物镜的数值孔径成反比 焦深对条件的要求恰好与分辨率相反,分辨率高则焦深变小(相同口径的物镜) 被检物体周围介质的折射率加大,可增大焦深.,光学显微镜基础知识,焦深 Depth of focus,光学显微镜基础知识,覆盖差 Difference of coverglass,由于盖玻片的厚度不标准，光线从盖玻片进入空气产生折射后的光路发生了改变，从而产生了相差，这就是覆盖差。 显微镜的光学系统在设计时必须要将盖玻片的厚度计算在内,不然会严重影响显微镜的成像质量. 标准的盖玻片厚度：0.17mm, 允许范围：0.160.18mm，常用于切片检查。 物镜上有“”符号为不受覆盖差影响，如低倍物镜,光学显微镜基础知识,有“0”为不能加盖玻片，称为无罩物镜（Nocover)常用于金相物镜和血液涂片检查。 有0-2.1标记的表示可以通过调节适应0-2.1厚度的覆盖玻片,常用于倒置相差显微镜 有0.7/1.2等不同标记的CAP,适用于不同玻璃厚度的液晶检查,镜象亮度和视场亮度,视场亮度和镜象亮度是两个不同的概念 镜象亮度是指显微镜下图象的明暗程度 在一定的放大倍数下，镜象亮度与物镜数值孔径值的平方成正比 镜象亮度与放大倍数成反比 视场亮度则是指显微镜下整个视场的亮度。不仅与物镜目镜有关，还直接受聚光镜、光阑和光源的影响。 在条件不变的情况下，视场亮度越大，镜象亮度也越大。,光学显微镜基础知识,显微镜制造的工业标准,基础知识,机械筒长（Mechanial tube length) 光学筒长(Optical tube length) 同焦距离（Parfocal Distance） 中间像位置（Intermediate image position） 明视距离（Least distance of distinct vision） 合轴(Optical alignment)和齐焦(parfocal) 有限远和无限远光学系统（Finite and infinity optical systems),光学显微镜基础知识,显微镜制造的工业标准,基础知识,机械筒长（Mechanial tube length) 同焦距离（Parfocal Distance） 标准焦面中间像位置（Intermediate image position）,光学显微镜基础知识,显微镜制造的工业标准,光学筒长(Optical tube length) 明视距离（Least distance of distinct vision）,光学显微镜基础知识,合轴(Optical alignment)和齐焦(parfocal),基础知识,齐焦是指在镜检时，当用某一倍率的物镜观察图象清晰后，在转换另一倍率的物镜时，其成象亦应基本清晰，即齐焦性. 而合轴则是指在镜检中转换物镜时，象的中心偏离也应该在一定的范围内，既合轴度。 齐焦性能的优劣和合轴程度的高低是衡量显微镜质量的一个重要标志，它是与物镜的本身质量和物镜转换器的精度有关。,显微镜制造的工业标准,光学显微镜基础知识,显微镜光学系统(有限远和无限远),光学显微镜基础知识,显微镜制造的工业标准,万能无限远光学系统（UIS）,2.可任意叠加中间附件而不受倍率及像差的影响(平行光) 3.更高的通光率,分辨率及反差.,光学显微镜基础知识,1.物镜完全克服像差,任意光路出口都是完整消色差后的光 学影象,显微镜的光学部件,基础知识,光学显微镜基础知识,物镜： 显微镜最重要的光学部件,第一次放大，决定了显微镜的分辨率及档次，优质的物镜都是齐焦和合轴的。 目镜 （二次放大，不改变分辨率,配合物镜决定目视观察时视场的大小和眼点的高低,也就是观察时舒适性） 中间镜头 （照相目镜，中间变倍系统、接口等,与光电转换部件的靶面尺寸一起决定了数码采集的视场和倍率） 照明器和聚光镜 (提供观察的光源,不同档次的显微镜和不同的观察方式有所不同),物 镜,基础知识,光学显微镜基础知识,物镜是显微镜最重要的光学部件，第一次放大，决定了显微镜的分辨率及档次,物镜的种类,按观察介质不同分： 干燥系物镜 水浸系物镜 油镜系物镜 按放大率高低分： 低倍物镜，高倍物镜,光学显微镜基础知识,物镜的种类,按色差和场曲校正程度分: 消色差物镜(ACH) 平场消色差物镜(PLAN) 平场半复消色差物镜(PLFL) 平场复消色差物镜(PLAPO),基础知识,光学显微镜基础知识,物镜的种类,不同数值孔径（NA）的物镜差别极大（以100X为例) 消色差物镜(ACH)，NA 0.75 5000元 平场消色差物镜(PLAN)，NA O.80 10000元 平场半复消色差物镜(PLFL) NA O.90 20000元 平场复消色差物镜(PLAPO) NA O.95 40000元,基础知识,光学显微镜基础知识,物镜的种类,按用途既观察方式来分: 明场物镜（B） 明暗场物镜（BD） 明暗场、偏光（BDP） 万能物镜（U） 相差(PH)或霍夫曼物镜 特种物镜 红/紫外物镜,带光阑调整物镜带校正帽物镜（LCD）等,基础知识,光学显微镜基础知识,物镜的种类,按工作距离分: 普通工作距离物镜 长工作距离物镜 超长工作距离物镜,基础知识,光学显微镜基础知识,物镜的标识,光学显微镜基础知识,物镜的标识,物镜上的标识环以颜色来区分放大倍数 5X：红 10X：黄 20X：绿 40X/50X：蓝 100X：白,光学显微镜基础知识,物镜的标识,U万能/超宽视野26.5 M材料（金相）/无罩物镜(NC) BD明视野法/暗视野法 P（POL）Polarizing偏光 IR用红外光观察 L（SL）长（超长）工作距离 Oil油镜 PH相差,光学显微镜基础知识,物镜的标识举例,UMPlanFLBDP 万能金相平场半复消色差物镜（能作明视野/暗视野/偏光观察并支持超宽视野） LMPlanApo 长工作距离金相平场复消色差物镜 LCPlanFL-LCD 长工作距离带校正帽平场半复消色差物镜（可用于观察液晶LCD） LMPlan-IR 长工作距离金相平场物镜（能作红外光观察）,光学显微镜基础知识,目 镜,光学显微镜基础知识,二次放大，不改变分辨率,配合物镜决定目视观察时视场的大小和眼点的高低,也就是观察时舒适性。,眼点和视场,基础知识,光学显微镜基础知识,眼点的高低和视场的大小决定了观察的舒适程度,目镜可安装各种测微尺长度/单位含量/晶粒度测量,光学显微镜基础知识,目镜测微尺和目镜测微计,目镜与测微尺的配套,光学显微镜基础知识,常见的中间接口倍率与CCD靶面尺寸,常用CCD的靶面尺寸: 1/3 CCD 靶面对角线尺寸 = 6 MM 1/2 CCD 靶面对角线尺寸 = 8 MM 1/1.8 CCD 靶面对角线尺寸 = 10.4 MM 2/3 CCD 靶面对角线尺寸 = 11MM 常用接口的倍率: U-TV1XC 光学倍率 = 1 倍 U-TV0.5XC 光学倍率 = 0.5 倍 U-TV0.35XC 光学倍率 = 0.35 倍 U-TV0.25XC 光学倍率 = 0.25 倍 OLYMPUS显微镜常用的光学视场数: 普通视场数(CK40M/PME3) = 18/20(MM) 宽视场数(BX/GX51) = 22(MM) 超宽视场数(AX70/BX61/GX71)= 26.5(MM),光学显微镜基础知识,显微镜的照明系统,光源 聚光镜 照明方式,光学显微镜基础知识,显微镜的光路,显微镜的照明器,显微镜的照明系统,光源(灯泡和灯箱),光学显微镜基础知识,灯箱,灯泡,显微镜的照明系统,光源(灯泡和灯箱),光学显微镜基础知识,早期的显微镜工作者利用油灯和自然界的太阳光作为他们早期显微镜的外部照明光源。他们常常利用非常巧妙的方法收集光线，例如用白色的木板来反射、利用多云的天气使阳光散射。但是这些方法缺乏可靠性，时常其照明的数值孔径大于物镜的数值孔径，使图像成生眩光。,显微镜的照明系统,光源(灯泡和灯箱),光学显微镜基础知识,现代的显微镜一般都配有控制度很高的集成式光源。目前，显微镜的光源一般采用安装在反射灯室内的卤钨灯。其主要的幅射波长中心大约在600nm到1200nm（见图2）。典型的照明灯源及灯箱见图1。灯箱中的灯泡为卤钨灯，直流12V供电，可提供100W的照明功率。灯泡的直流电源由安装在显微镜内的直流电源提供和控制。这类灯泡在工作时要发出大量的热量，在灯箱中通常配置了一些隔热的膜系，用来阻止热量的传递。灯泡发出的光线直接进入显微镜的底座并通过集光镜然后通过一个烧结的玻璃散光片，到达并汇聚在聚光镜的孔径光栏处。 早期产品灯泡的位置用几个安放在灯箱旁边的调整旋钮来调整，或者直接采用特殊的可预调中心的灯泡。现在的产品大多依靠精确的机械加工对灯泡进行定位，无需调整,显微镜的照明系统,光源的种类 钨丝灯 卤素灯 弧光灯(汞灯/氙灯) 激光光源,光学显微镜基础知识,显微镜的照明系统,钨丝灯,光学显微镜基础知识,钨丝灯与室内常用的白炽灯一样，存在一些缺陷，例如随使用的时间增加，发光强度要减小；伴随着钨的升华，将沉积在玻壳的内壁使其变黑。这类灯泡的色温平均值大约为2200K至3400K。如果在显微摄影时使用这类灯泡，通常需要根据感光胶片的色温值在光路中加入色温补偿滤光片。 根据灯泡的封装形状、接口的结构及灯丝的排列，钨丝灯有很多种品种，根据接口的不同，常用的有插口和螺口，根据出光口的不同，常用的有顶部出光和侧向出光,显微镜的照明系统,卤素灯,光学显微镜基础知识,现代显微镜的光源主要是卤素灯。它由充满惰性气体的玻璃壳和里面由直流供电的钨丝组成，与普通的白炽灯相比。在灯腔内充加了卤元素可有效地降低钨丝的氧化而延长灯泡的使用寿命，同时，也可以使色温较普通钨丝灯高，所以，他的主要的优点是发光明亮，尺寸小、较好的一致性，寿命长及更高的经济性。 卤钨灯在整个寿命期（1000-2500小时）的发光十分稳定。卤钨灯发出的光谱为连续光谱，其色温 2700 -3350K（根据工作电压），但在寿命的末期色温有一些下降。,显微镜的照明系统,卤素灯（冷光源）,光学显微镜基础知识,冷光源一般由一种带分色反光镜的卤钨灯和光纤组成，反光镜可让灯泡发出的大部份红外线透过，并反射波长较短的可见光和近紫外光。此类灯泡的工作电压一般从6V至21V并置于可提供工作电压的箱中，同时采用风扇排除多余的热量。这种照明器可以加装其它的附件，如产生特殊照明效果的滤色片、产生偏振光的起偏器等。这种照明器常用作测量和体视显微镜照明。,显微镜的照明系统,卤素灯（外置式）,光学显微镜基础知识,在显微镜的使用中，如果显微镜上未配置内照明器，可采用外部照明器来进行显微镜的照明。图6这一种典型的外照明光源。这种光源上一般可配散射滤光片使照度均匀，也可配有色滤色片作光色的平衡。有的型号上还可安装偏振片，使偏光显微镜也可使用外部照明器。这种照明器有时也安装有视场光栏，使用者可调节光栏来控制入射到显微镜中光束的直径。,显微镜的照明系统,弧光灯(汞灯/氙灯),光学显微镜基础知识,汞灯、氙灯均是显微镜特殊照明时所采用的光源。这类灯泡用外部电源供电。外部电源上有高压激发和维持电路使灯泡正常工作。此类电源提供了足够的起动功率对灯泡进行起动（气态蒸气离子）并保持它在工作中不闪烁。弧光灯的平均寿命为200小时左右。大多数外部电源上设置有计时器，可使使用者了解具体的使用时间。,显微镜的照明系统,汞灯,光学显微镜基础知识,汞灯的功率从50W到200W有数种规格，其结构通常为在石英玻璃制成的玻壳中封装有两个电极，玻壳中充有汞。在光谱为近紫外至红外波段内，这种弧光灯不能提供连续的发光强度（见图8汞灯的发射光谱）。汞弧光灯发光的波长主要集中在近紫外部区域，光强的峰值为313、334、365、406、435、546及578nm几个点。,在显微术中，大多数情况下这种灯不宜使用，除了荧光显微术，汞弧光灯不宜用来作明场、暗场、DIC、或偏光摄影的光源，主要原因是汞灯的非连续光谱不能使标本产生真实的色彩。,显微镜的照明系统,氙灯,光学显微镜基础知识,与汞灯相比，氙灯的光谱的连续性要好得多（见图9）。它不象汞灯那样有极强的光谱峰值，在近紫外部份的发光并不强，而在红外部份的发光比较强。在使用这种灯时应注意发热的控制。短弧氙灯的电弧尺寸容易充满物镜的后焦平面，使光能的利用率得以提高，所以，它更适合作显微镜的光源。,显微镜的照明系统,激光光源,光学显微镜基础知识,在最近几年，激光的使用得到了发展，特别是氩离子激光。氩离子激光在488和514nm处有很强的发射功率。尽管它的成本较高，但在激光扫描共焦显微术中十分有用。 激光器有数种，它们提供各自的发射光谱。图10所示为显微镜中（荧光、共焦和单色光明场摄影）常用的两种激光器的发射光谱。,显微镜的照明系统,聚光镜,光学显微镜基础知识,透射显微镜聚光镜装在载物台的下方。落射显微镜物镜同时充当聚光镜的作用， 聚光镜可以将光线聚焦于被检物体上，以得到最好的照明效果。,显微镜的照明系统,光学显微镜基础知识,根据物镜数值孔径的大小和结构不同，聚光镜的大致有如下分类： 1 阿贝聚光镜（Abbe condenser） 阿贝聚光镜由两片透镜组成，有较好的聚光能力，但是在物镜数值孔径高于0.60时，则色差，球差就显示出来。因此，多用于普通显微镜上。 2 消色差聚光镜(Achromatic aplanatic condenser ) 这种聚光镜又名“消球差聚光镜”和“齐明聚光镜”，它由一系列透镜组成，它对色差球差的校正程度很高，能得到理想的图象，是明场镜检中质量最高的一种聚光镜，其NA值达1.4 ，因此，在高级研究显微镜常配有此种聚光镜。它不适用于4 X以下的低倍物镜，否则照明光源不能充满整个视场。 3 摇出式聚光镜（Swing out condenser） 在使用低倍物镜时（如4X），由于视场大，光源所形成的光锥不能充满真整个视场，造成视场边缘部分黑暗，只中央部分被照亮。要使视场充满照明，就需将聚光镜的上透镜从光路中摇出。 4 其它聚光镜 聚光镜除上述明场使用的类型外，还有作特殊用图的聚光镜。如暗视场聚光镜，相衬聚光镜，偏光聚光镜，微分干涉聚光镜及万能聚光镜等,显微镜的照明系统,聚光镜,光学显微镜基础知识,显微镜的照明系统,照明方式,光学显微镜基础知识,显微镜经常采用的有两种照明方式 ，既： （1） 临界照明（Critical illumination） （2） 柯拉照明（koehler illumination）,显微镜的照明系统,临界照明,光学显微镜基础知识,光源经过聚光镜后，成像于物平面上。若忽略光能的损失，则光源像的亮度与光源本身相同，因此，这种方法相当于在物平面上放置光源。显然，在临界照明中，如果光源表面亮度不均匀，或明显地表现出细小的结构，如灯丝等，那么就要严重影响显微镜观察效果，这是临界照明的缺点。其补救的方法是在光源的前方放置乳白和吸热滤色片，使照明变得较为均匀和避免光源的长时间的照射而损伤被检物体。用透射光照明时，物镜成像光束的孔径角，被聚光镜像方光束的孔径角所决定，为使物镜的数值孔径得到充分利用，聚光镜应有与物镜相同或稍大的数值孔径。,显微镜的照明系统,柯拉照明,光学显微镜基础知识,临界照明中物面光照度不均匀的缺点，在柯拉照明中可以消除。在光源与聚光镜间加一辅助聚光镜，如图所示。可见，由于不是直接把光源而是把被光源均匀照明了的辅助聚光镜2（也称为柯拉镜）成像在标本上，所以物镜的视场（标本）得到均匀的照明。,光学显微镜常见的观察方法,明场 暗场 偏光 微分干涉 其他(荧光、相差、HOFFMAN、红外、色衬等),基础知识,光学显微镜基础知识,常见的观察方式明场,明场:(利用照明光线直接照射在被测试样反射回来 后观察,适用于常规组织的检测,如珠光体/铁素体/马氏体等金相组织的观察),光学显微镜基础知识,常见的观察方式暗场,暗场:(利用丁道尔现象所产生的光的衍射/绕射,用斜射照明的方式观察被测试样,可以看到明场有时看不到的物质,故又称为超显微术,适用于夹杂物或缺陷的检查),光学显微镜基础知识,常见的观察方式偏光,偏光:(利用偏光镜片的单向振动特性,在垂直正交时可对具有双折射性的物质进行定性检查,适用与地质岩相和晶体性夹杂物的观察,如氧化亚铜夹杂的检查),光学显微镜基础知识,常见的观察方式微分干涉,微分干涉:(又称DIC或诺马尔斯基观察法,利用直线偏振光通过诺马斯基棱镜后的干涉现象，使观察到的物体表面呈现凹凸不平的立体效果）。,光学显微镜基础知识,其他观察方式,荧光观察 相差 霍夫曼（HOFFMAN)等,光学显微镜基础知识,常用显微镜附件,显微操作仪 冷热台 自动扫描台 共览装置 描绘装置 图象分析系统,光学显微镜基础知识,显微镜分类,按应用范围分： 1.工业检测类显微镜 2.生命科学类显微镜,显微镜分类,按外型及物镜的朝向来分： 1.正置显微镜 2.倒置显微镜,物镜向上,物镜向下,显微镜分类,按功能分类： 1.常规显微镜(材料的组织形貌观察) 2.偏光显微镜(晶体/矿石检查) 3.测量显微镜(工件量测) 4.立体显微镜(低倍宏观检查/操作) 5.硅片/液晶类检查显微镜(各种尺寸 平面样品的检查) 5.激光共焦扫描显微镜(高分辨率,三 维重造Z 轴的精确测量),OLYMPUS产品分类,材料工程领域： 倒置金相显微镜： GX71-大型系统研究级 GX51-实验室及检验级 CK40-日常检验，教学级 正立金相显微镜： AX70M-大型系统研究级 BX61-万能全自动级 BX51-研究，开发检验 BX41-日常检验，教学 激光共焦扫描显微镜: OLS-高分辨率,高精度测量,三维重造,焦深叠加 立体显微镜: SZX12-系统研究级 SZX9/7实验室及检验级 SZX61/51-日常观察 测量显微镜: STM6-工件量测 数码采集系统: DP70-顶级显微数码照相装置(1250万像素) DP12-专业显微数码照相装置(340万像素) DS5060显微数码相机(510万像素) CDI-数码采集装置(130/250万像素) 模拟CCD-CCD+采集卡(40万像素) 图象处理系统： OLYCIA-定量金相分析系统 OLYSIM-测量软件 专用附件: LINKAM-程序热台,冷台,岩像,高分子 电动扫描台-夹杂物的多视场测量及定量分析.,显微镜配套时应注意的事项,倒置/正置 透射/反射 观察方法(明场/暗场/偏光/微分干涉或) 物镜档次(非常重要!其实也就是分辨率的问题,直接决定了观察质量,最需要注意的是物镜的数值孔径即NA值) 需要接驳的图象采集的种类(数码/大版/135其实也就是光学接口的多寡(是否能同时接驳多种照相装置而无需拆卸) 目镜(是否需要目镜测微尺,视场数有多大,决定了观察效果的舒适性) 数码采集系统的档次(如像素值,实时显示的分辨率和速度) 图象处理软件(是否能满足实际使用的要求即想用来解决什么问题) 根据实际需要选择最合适的配置,如何正确了解和使用显微镜,学习了解显微镜的要点 规范正确的显微镜使用方法 维护保养的重要性,各部名称及注意点：,物镜:NA值(和分辨率的关系),工作距离(长/超长),安装直径(明/暗场),支持视场数(20/22/26.5),特殊用途(消应力/虹彩光栏/覆盖差调整/调整帽/相差等). 目镜:视场数(18/20/22/26.5),外径(23.2/30毫米),是否可以装目镜测微尺/怎么装/装多大的测微尺.,中间接口：倍数，接口类型 观察头:直筒.倾斜筒(倾斜角度),视野数(18/20/22/26.5),单/双或三目结构,平推式/转轴式. 主机:光源功率(30/100W),调焦部分的结构(载物台/物镜/镜筒移动调焦),是否内置滤色片) 物镜转盘:多少物镜安装孔,粗/细,手/电动转换,是否有DIC安装孔,是否可调中心,是固定还是可卸. 载物台:面积尺寸,移动范围,左/右手调节,是否可旋转,是否可定中心,承重能力(倒置/测量),精度(测量显微镜) 聚光镜:NA值,常规型(阿贝/齐明/摇摆式),专用型(长工作距离/偏光/相差) 调焦机构:粗微调是否同轴,粗微调行程,微调精度(BX41/2UM,BX51/1UM).,如何正确了解和使用显微镜,系统配套图,如何正确了解和使用显微镜,规范正确的显微镜使用方法：,显微镜观察及照相的正确调整 显微镜机械及电器部分使用的注意事项,如何正确了解和使用显微镜,显微镜观察的正确调整,正确调整光路的重要性 灯丝的对中调整 透射显微镜光路的调整方法 反射显微镜光路的调整方法,如何正确了解和使用显微镜,正确调整光路的重要性,在显微镜中，光学器件调校的正确与否，将直接影响有效的标本照明。不正确的校正将严重地影响显微镜摄影照片的质量，使其产生斑点、虚光、色斑、衬度不良及其它各式各样的缺陷 我们经常看到,在提供给学术讨论、展览会和科技出版物的显微摄影照片中，有80%到90%光路校正均不正确，其标本的照明状况很差。这是显微观察和显微摄影中存在的一个十分严重的通病。 在很多情况下，一台设计精良的显微镜并不能获得良好的成像质量。其主要原因多半是光源未调校好，使标本不能获得充分的照明所至。显微镜标本最佳的照明状态应该是明亮、无眩光、而且视场照度均匀 如果未经正确校正，一台价值2万美圆的显微镜的成像水平可能与手持式放大镜差不多，所拍照片可能还不及一台校正到柯拉照明最佳状态的，价值2千美圆的显微镜。 一个熟练认真的操作者不仅能熟练地进行校正，并能针对标本的差异和物镜的不同进行实践。同时,要使显微镜处于最佳的状态，在使用前应仔细阅读产品的使用说明书或向有经验的操作人员请教是非常重要的细节.,如何正确了解和使用显微镜,灯丝的对中调整,如何正确了解和使用显微镜,无论显微镜采用的是柯拉照明或临界照明或其它的照明方式，显微镜最基本的校正步骤为灯源的校正。许多现代显微镜采用预对中和预对焦灯泡，但老式的显微镜仍旧需要操作者进行灯泡的调中和对焦。下面介绍灯丝的校正方法。 打开显微镜的灯源后将视场光栏和聚光镜的孔径光栏完全打开。 移出毛玻璃 拔下目镜或放置一张白纸在显微镜底座光路出口处并观察灯丝像 用灯室上的调整螺钉移动灯座上的灯丝，使其上下前后移动并调至清晰对中为至.,透射显微镜光路的调整方法,将10X物镜旋入光路。然后在载物台上放置一片标本，通过粗调慢慢地升起载物台使标本十分靠近物镜（但不能碰到物镜），从此点开始慢慢地降下载物台使标本观察清晰。 在使用双目观察头时要调整双目两镜筒的间距，使其与你的瞳孔距相重合。人眼瞳孔距的平均数为65mm。大双目头上刻有瞳孔距的刻度。可将刻度示值调到该值而不用进行上述的校正。 在两目镜上分别进行视度调节，正确视度调节可以补偿使用者左右眼的差异，使两眼观察到的视场完全清晰。这样也可保证所有物镜时的齐焦。 目镜的视度调节也可弥补一般的视觉问题，例如远视或近视，使操作者在观察时不用戴眼镜。但是目镜的调整不能补偿散光，这类人员在观察镜下标本是必需戴眼镜的。 如果是可调焦目镜，需首先旋转目镜看清楚目镜内的刻度，然后调焦使标本成像同时清晰。,如何正确了解和使用显微镜,透射显微镜光路的调整方法,慢慢地将视场光栏关闭到最小，使视场中可看到模糊的光点。 升降聚光镜直到视场光栏的成像与原已调清晰的标本同时清晰。 调整聚光镜调中螺钉使视场光栏像位于视场中心（即显微镜的光轴）。 然后将视场光栏开到刚好超过视场（目视观察时），或刚好超过摄影目镜中标记拍摄面积的标记（显微摄影时）。不应将视场光栏无限制的打开，那样可能导致过大的眩光或降低衬度。,如何正确了解和使用显微镜,透射显微镜光路的调整方法,移出一个目镜，从该目镜筒向内可看到物镜的后焦面上的孔径光栏的图像。 调节孔径光栏的尺寸，通常是将孔径光栏调至目镜筒中能看到的物镜出瞳的60%到90%。 在这种情况下，使用10X或大多其他物镜时，已符合柯拉照明的条件，但对于高倍率的物镜来说，必须对视场光栏和孔径光栏进行重新调整，高倍观察时适当地将视场光栏和孔径光拦（尤其重要）关小，可以获得更好的反差和效果，显微照相亦是如此。,如何正确了解和使用显微镜,透射显微镜光路的调整方法,柯拉照明的条件不适应倍率较小的物镜（5X或更小），使用较小倍率物镜时应用10X物镜对其校正。 摇出式聚光镜（SC）有一个可摆出式前片聚光镜片。当使用5X或更低倍数的物镜时，要将此前片聚光镜摇出光路，另外，有一些聚光镜的前片可以旋出或者采用一个聚光镜转台，使聚光镜可使用在高倍物镜和低倍物镜上。,如何正确了解和使用显微镜,反射显微镜光路的调整方法,反射光路视场和孔径光阑的调整与与透射光路基本类似 在反射光路中，由于物镜同时充当了聚光镜的作用，部件较少，虽然设计更为复杂，但光路调整变得更为容易。 反射光路中孔径光栏位于靠近光源的位置，这种情况下光源可均匀地照射在已调焦的标本上视场上。反射光系统中，当物镜更换时，物镜和聚光镜的数值孔径会同时变更。反射光显微镜术中的这种情况，降低了建立柯拉照明条件的复杂性。 与透射光照明一样，反射式照明器中孔径光栏的调整也是十分重要的。尤其是在高倍检查时，适度调整孔径光栏的尺寸，可控制标本的衬度、减少杂散光及光晕，获得最佳的成像质量。,如何正确了解和使用显微镜,显微镜调整的其他注意事项,在显微镜的使用中，在电源的开关时还需要注意尽量由最低电压值开始。这种做法可以有效地是显微镜和灯泡免受电流、电压的冲击，降低故障率。 大多数显微镜还具有载物台松紧度调节功能，使用者可根据自己实际情况进行调整,如何正确了解和使用显微镜,对于初学者来讲，只要进行认真的训练，要把透射或反射光显微镜调整到满足柯拉照明的状态还是比较容易的。其实只要打开显微镜的电源，仔细检查显微镜的光学元器件，确保已正确的校正；确保光源已对好中心；聚光镜和视场光栏正确的调整到柯拉照明的状态。,显微镜调整的其他注意事项,限位环可保证样品不与物镜表面接触，从而保护样品和物镜。当样品对焦清晰后(高倍时)，按箭头方向扳动限位环并锁定，此时载物台将不能再通过粗调焦旋钮向上移动（微调不受此限制） 在显微镜使用过程中，可以根据自己的感觉是否舒适来调整粗调焦的松紧度。 注意：如张力过少，载物台会自动向下滑动，从而不能准确对焦.,如何正确了解和使用显微镜,显微镜的安装和维护保养,安装和维修用基本工具 工具的使用方法 判断故障的方法 工程师在安装和维护保养工作中的注意事项,安装和维修用基本工具,镊子和吹气球 清洁纸、清洁液及清洁液瓶 公制六角改锥(1.55mm一套） 十字和一字改锥(大、中、小各一把） 以上为安装必备的工具 万用表 斜口钳、尖嘴钳、鱼口钳、6寸、10寸活扳手各一套 钟表十字和一字改锥各一套 公制六角改锥.89和1.27mm各一把 什锦锉刀一套 烙铁、焊锡丝、松香一套,显微镜的安装和维护保养,工具的使用方法,镊子和吹气球 清洁纸、清洁液及清洁液瓶 公制六角改锥(1.55mm一套） 十字和一字改锥(大、中、小各一把） 以上为安装必备的工具 万用表 斜口钳、尖嘴钳、鱼口钳、6寸、10寸活扳手各一套 钟表十字和一字改锥各一套 公制六角改锥.89和1.27mm各一把 什锦锉刀一套 烙铁、焊锡丝、松香一套,显微镜的安装和维护保养,工具的使用方法,如何用镊子、吹气球、镜头纸、清洁液来擦洗光学部件。 在擦洗受污染的光学部件之前，首先用吹气球吹去所擦拭的光学部件的表面灰尘颗粒以免在擦拭过程中损伤镆层。 用镊子裹上镜头纸蘸上清洁液后擦拭受污染的部位直至光学部件清洁透亮。 清洁液的配置无水酒精 ( 3 ) : 无水乙醚 ( 7 ),显微镜的安装和维护保养,裹纸方法,擦拭方向和部位,目镜表面 物镜表面 聚光镜表面 底座光源出口 目镜筒内侧,擦拭方向,擦拭部位,显微镜的安装和维护保养,擦拭方法,显微镜的安装和维护保养,工具的使用方法,如何正确地使用改锥、烙铁及万用表 改锥使用的原则第一是选用合适的改锥，其次用力时三分拧、七分顶，再者是拆装机器时装卸螺钉的顺序要注意对角线法则，不正确的使用方法非常容易导致螺钉损坏，给维修工作带来不必要的麻烦 烙铁的使用方法一是要注意经常修整烙铁头，二是在焊接过程中一定要注意元器件的刮腿、搪锡及焊接点的光滑无毛刺、饱满适度，这样的工艺要求可以在很大程度上避免虚、假焊的产生。 万用表在电器维修中是使用得最为广泛和必须的仪表，结合经验，可以判断大多数电器故障，在使用中，主要需要注意的是使用挡位是否正确，在不用时数字表需将电源关闭，指针表需将档位拨至交流电压的高档。,显微镜的安装和维护保养,常见判断故障的方法,光路脏或长霉 该故障可导致显微镜观察效果下降，具体判断方法可通过拔下目镜的向镜筒里观察，如光路有长霉或大块的污物，可被清晰的观察到，同时也可以通过转动各个光学部件来准确判断污物和霉斑的位置，如光路只是由于时间的关系积尘太多，也可以看到光路不够透亮。 显微镜观察亮度下降 原因多半在于灯泡使用寿命到期或光路中滤色片使用不当。方法为更换灯泡和检查光路中的滤色片的使用，另外，如显微镜使用时间过长，则有可能是可调电位器老化引起的，可用万用表来判断故障。 调焦不灵 首先检查显微镜的限位和松紧机构，如无问题，则需拆开粗微调机构检查，原因多半由齿轮损坏引起。 左右不同心 容易引起在观察过程中出现头晕、恶心的情况，可通过校正用标准物镜和目镜来检查或通过用左右眼分别观察视野边缘来判断。 无电源 首先检查外电源是否正常，然后检查保险是否完好，所有开关及连线是否正常，排除这些故障后再打开机身做电器检查。,显微镜的安装和维护保养,物镜顶镜污染判断方法,显微镜的安装和维护保养,常见判断故障的方法,左右不同心的判断方法,工程师在安装和维护保养工作中的注意事项,仪器安装注意事项 仪器维修注意事项 仪器使用注意事项,显微镜的安装和维护保养,仪器安装注意事项,在接到安装要求后尽快联系用户，确认安装时间、地点及货物情况，同时仔细查阅货物配置，检查是否有配置遗漏并作相关准备。 安装前，应确认对所安装的机器部件足够熟悉，以避免漏装或由于错误安装顺序造成的不必要麻烦，如遇有不熟悉的情况，要提前做充分的准备（仔细阅读安装手册和请教其他有经验的工程师）。 在到达用户之前，要向用户确认安装条件是否能满足仪器安装要求，以免发生到达现场后不能工作的情况，可提前向用户告之安装环境要求（见附录）。 在到达用户处后，首先确认