显微镜的基本结构

显微镜的基本结构第1页，共104页，2023年，2月20日，星期六1显微镜基本结构如图所示：第2页，共104页，2023年，2月20日，星期六2ModernmicroscopecomponentidentificationPrismsUsedtoRe-DirectLightInImagingPathWhileMirrorsAreUsedinIlluminationPathE.D.Salmon第3页，共104页，2023年，2月20日，星期六3显微镜的光学系统组成：1、物镜2、目镜3、聚光镜4、反光镜5、照明光源6、滤光片7、载玻片和盖玻片第4页，共104页，2023年，2月20日，星期六4显微镜的机械部件：1、调焦系统2、载物台3、物镜转换器4、底座5、镜臂6、镜筒第5页，共104页，2023年，2月20日，星期六5附加装置附加装置主要是为了满足专门用途的特殊类型或高级显微镜性能的需要而设置的。第6页，共104页，2023年，2月20日，星期六6(一)物镜：

物镜是显微镜的核心组成部件，它直接决定或影响着显微镜的成像质量和光学性能，人们常将它比喻成显微镜的心脏。

第7页，共104页，2023年，2月20日，星期六71．物镜的种类

1)按物镜的放大倍数不同，可分为以下几类：

(1)低倍物镜：它通常由一组双胶合透镜组成，放大率为3～6X，数值孔径为0.04～0.15，如图(a)。第8页，共104页，2023年，2月20日，星期六8(2)中倍物镜：由两组双胶合物镜组成(称为李斯特物镜)，放大率为5～25X，数值孔径为0.15～0.40，如图(b)。

(3)高倍物镜：由一个前片和两组双胶合物镜组成(称为阿米西物镜)，放大率为25~65X，数值孔径为0.35～0.85，如图(c)。第9页，共104页，2023年，2月20日，星期六9(4)浸液(高倍)物镜：其结构更为复杂，在高倍物镜的前片镜和中组镜之间加了一个正弯月形透镜。物镜使用时前片必须浸在油或水里，放大率为90~100X，数值孔径为1.2～1.5，

如图(d)。

第10页，共104页，2023年，2月20日，星期六10第11页，共104页，2023年，2月20日，星期六11第12页，共104页，2023年，2月20日，星期六12

2)按物镜对像差和色差的校正程度不同，分为：

(1)消色差物镜（ACH）

(2)复消色差物镜（APO）

(3)平场消色差物镜（PLANACH）(4)平场半复消色差物镜(5)平场复消色差物镜（PLANAPO）第13页，共104页，2023年，2月20日，星期六13像差和色差的概念：物体经过透镜后，可望获得一个形状与原物相似、颜色相同的清晰像。然而，由于多种因素的影响，使像的形状与理想的像总是有差别，这种差别，叫像差。

色差是指所成的像与原物在颜色上的差别。第14页，共104页，2023年，2月20日，星期六14像差的类别：根据像差产生的原因和条件，主要分为：

1）球差

2）彗差

3）像散

4）场曲

5）畸变第15页，共104页，2023年，2月20日，星期六151）球差(SphericalAberration)当透镜孔径较大时，由光轴上一物点发出的光束经球面折射后不再交于一点，这种现象叫做球面像差，简称球差。表示出单色平行光入射到大孔径凸透镜，经折射成像不再会聚于一个像点，产生球差。球差的改进：球差可以通过设置光阑而减小。第16页，共104页，2023年，2月20日，星期六16第17页，共104页，2023年，2月20日，星期六172）彗差(broomaberration)

彗差的概念：轴外物点发出的宽阔光束，经透镜成像后，不再交于一点，而是形成一种状如彗星的亮斑，称为彗形像差，简称彗差。彗差形成的原因：近光轴外的点光源发出的光束，经过透镜的中央和边缘部分后在垂直于光轴的同一成像平面上也不能交于同一个像点。离光轴越近的像会聚越好，亮度越大，亮点越小。彗差和球差往往混在一起，只有当轴上物点消除时，才能明显地观察轴外物点的彗差。第18页，共104页，2023年，2月20日，星期六18轴光轴第19页，共104页，2023年，2月20日，星期六193）像散(Astigmatism)扭转透镜，使物光束在倾斜度比较大的条件下入射，则产生像散现象。由于物点离主轴较远时，发出的光束经透镜折射后，不再交于一点，而是会聚在与画面垂直方向的前后两个位置上。透镜像散随透镜形状、光阑位置而异，可以用正、负透镜适当组合而消除。第20页，共104页，2023年，2月20日，星期六20水平焦平面第21页，共104页，2023年，2月20日，星期六214）场曲(CurvatureofField)一个垂直于光轴的发光面，由于面上各点到光轴的距离都不尽相同，即使是每个都能产生一个清晰的像点，但整个像面会构成一个曲面。这种像差称为像面弯曲或场曲。第22页，共104页，2023年，2月20日，星期六225）畸变(Distortion)畸变是由于透镜在成像过程中对较大的物体各处的放大率不同而造成的像的形状改变。第23页，共104页，2023年，2月20日，星期六23第24页，共104页，2023年，2月20日，星期六24色差的类别：1）轴向色差：同一物点不同颜色光线的像点沿光轴的位置之差称为轴向色差又叫做位置色差。第25页，共104页，2023年，2月20日，星期六25第26页，共104页，2023年，2月20日，星期六26色差的类别：2）垂轴色差：由于不同色光成像大小不一致而造成的成像缺陷称为垂轴色差，又称为放大率色差。第27页，共104页，2023年，2月20日，星期六27(1)消色差物镜（Achromaticobjective）：特点：

1）外壳上常有“Ach”字样；

2）校正了轴上点的位置色差（红，蓝二色）、球差（黄绿光）和正弦差，保持了齐明条件。

第28页，共104页，2023年，2月20日，星期六28(2)复消色差物镜（Apochromatic

objective）：特点：

1）透镜采用了特种玻璃或萤石等材料制作而成，物镜的外壳上标有“Apo”字样；

2）严格地校正轴上点的位置色差（红，蓝二色）、球差（红，蓝二色）和正弦差，同时要求校正二级光谱（再校正绿光的位置色差）。

第29页，共104页，2023年，2月20日，星期六29(3)平场物镜（Planobjective）：在系统中加入厚弯月形透镜可校正像面弯曲，这类物镜称为平场物镜。

与普通物镜相比，它的主要优点是视场显著增大，并且工作距离也有所增长。第30页，共104页，2023年，2月20日，星期六30ObjectiveClassesAchromats:correctedforchromaticaberrationforred,blueFluorites:chromaticallycorrectedforred,blue;sphericallycorrectedfor2colorsApochromats:chromaticallycorrectedforred,green&blue;sphericallycorrectedfor2colorsPlan-:furthercorrectedtoprovideflatfield第31页，共104页，2023年，2月20日，星期六31The3ClassesofObjectivesChromaticandMono-ChromaticCorrectionsE.D.Salmon第32页，共104页，2023年，2月20日，星期六322．物镜的识别

物镜的特征参数通常刻于镜头的外壳面，如图所示。图中，(a)为10倍物镜，数值孔径为0.25，机械筒长为160mm，所用盖玻片为0.17mm；第33页，共104页，2023年，2月20日，星期六33(b)为100倍物镜，数值孔径为1.25，机械筒长和盖玻片厚度分别为∞和0.17mm，“油”表示油浸物镜。对平场、消色差或复消色差等光学性能，也用特定字符表示于镜壳上。第34页，共104页，2023年，2月20日，星期六34我国显微镜物镜系列技术参数

第35页，共104页，2023年，2月20日，星期六35ObjectiveSpecificationsE.D.Salmon第36页，共104页，2023年，2月20日，星期六36放大倍数镜口率镜筒长度盖玻片厚度第37页，共104页，2023年，2月20日，星期六37(二)目镜：

显微镜的目镜实质上是一个放大镜，它用来观察被物镜放大了的像(中间像)。目镜的结构较物镜简单，通常由2—6块透镜分两组或三组组成，筒上端与眼接触的称接目镜，下端靠近视野的称会聚透镜或视野透镜，有放大作用。第38页，共104页，2023年，2月20日，星期六38在目镜的物方焦面处设置一视场光阑用以限制物方视场大小，物镜的放大实像就在这个光阑面上成像，光阑面上可以安置目镜测微器或目镜指针。第39页，共104页，2023年，2月20日，星期六39显微镜常用的目镜有：惠更斯目镜、冉斯登目镜、补偿目镜、平场目镜、平场补偿目镜、广角目镜、摄影负目镜等。

第40页，共104页，2023年，2月20日，星期六40（三）聚光器聚光器又叫集光器。安装在镜台下面，它由聚光镜和可变光栏两个部件组成。聚光器的作用：会聚光线，用于照亮标本，其结构如图所示。第41页，共104页，2023年，2月20日，星期六41可变光栏又叫光圈或虹彩光栏，装于聚光镜的下方，由十余块金属薄片组成，中央的通光孔呈圆形，移动可变光栏的把手，可以任意调节通光孔的大小。第42页，共104页，2023年，2月20日，星期六42第43页，共104页，2023年，2月20日，星期六43聚光器的主要参数：聚光器的主要参数是数值孔径。但它的数值孔径是可变的---受可变光栏控制。当光栏孔开大时，数值孔径增大。反之，则变小。通常刻在聚光器外壳上的数字是它的数值孔径的最大值，可随光栏的关小而任意变小，以便与不同数值孔径的物镜相匹配。第44页，共104页，2023年，2月20日，星期六44（四）反光镜反光镜又叫反射镜。安装在聚光器下面的镜臂上，它有二个反射面：一为平面，一为凹面。可在水平和垂直两个方向上任意偏转。它的主要作用是改变光线的前进方向（凹面镜也有一定的聚光作用），使光源发出的光线射向聚光器。第45页，共104页，2023年，2月20日，星期六45(五)显微镜的照明系统：

为了使被观测的标本得到充分而均匀的照明，显微镜备有照明系统，通常由光源、滤光器、聚光镜、孔径光阑、视场光阑、聚光器等组成。第46页，共104页，2023年，2月20日，星期六46物体的照明方式分为以下几种：1.反射照明;2.临界照明;3.柯拉照明。

物体的各种照明方式的特点：第47页，共104页，2023年，2月20日，星期六471、反射照明初级生物显微镜的标本是用自然光经反射镜后照明，反射镜分为平面镜与凹面镜两种，前者用于配有聚光器的显微镜，对没有聚光器的初级生物显微镜，则必须用凹面反射镜。光圈反光镜第48页，共104页，2023年，2月20日，星期六482．临界照明如图所示，光源发出的光线经聚光器会聚在物平面A处，直接照亮被观察的标本。第49页，共104页，2023年，2月20日，星期六49但由于光源经聚光器透镜所成的像是和标本所在平面近于重合，若光源面亮度不均匀则影响到物面照明也不均匀，并直接反应到观察视场内，影响观察，这是临界照明的缺点。其优点是结构简单，光能损失少,常用于普通显微镜。第50页，共104页，2023年，2月20日，星期六503．柯拉照明柯拉照明可以解决临界照明的缺点。利用柯拉照明可使标本A得到均匀照明，如图所示。第51页，共104页，2023年，2月20日，星期六51柯拉照明的工作原理：

1）聚光镜K1将光源的光会聚经光阑Jl及反射镜后成像于孔径光阑J2的平面上。

2）J2与聚光器透镜K2的前焦点平面重合，从而使K2射出的平行光照射到标本A上，使标本得到均匀照明。第52页，共104页，2023年，2月20日，星期六52

J2是可调光阑，它的像即光阑的边界经聚光镜后成像于标本平面上。当改变可变视场光阑的大小时，物平面上的照明范围立即跟着变化，从而可用来修正聚光器孔径，降低散射光通量并能提高图像反差。这种照明方式使物平面界限清晰、照明均匀，效果比较满意。第53页，共104页，2023年，2月20日，星期六53聚光镜与物镜的搭配：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。

1）对小数值孔径的低倍物镜，可用一块凹面镜作为聚光镜。

2）对物镜数值孔径较大时，聚光镜需由多片透镜组成。第54页，共104页，2023年，2月20日，星期六54

3）在柯拉照明的高倍显微镜中，应采用消色差聚光镜系统，其光学结构几乎与高倍物镜一样，只是焦距长一些，使光束能通过载物玻璃照亮标本。当需要对视场光阑成较好的像时，必须采用消球差、消色差聚光器。第55页，共104页，2023年，2月20日，星期六55显微镜照明系统的基本要求是：

(1)光源的光谱分布最好近似于自然白光。(2)对物体的照明需要均匀。(3)被照明物体的照度要适中。光太强，物体的细节不易分辨，还易损伤眼睛。光太弱，会看不清细节。通常可通过调节电压或可变孔径光阑的直径使物体得到适当的照明。

第56页，共104页，2023年，2月20日，星期六56(4)光源的发热量不能过多地传递到镜头和标本，以免造成损害。特别是观察活标本时，过高的温度会造成活标本的死亡。第57页，共104页，2023年，2月20日，星期六57六．滤光器（即滤色片）

1、使用滤色片的作用：有利于提高像的衬度和鉴别率。

2、普通滤光片的材料：普通的滤光片是用有色玻璃制作而成，在彩色摄影中起色温转换或色彩补偿作用；在黑白摄影时，使用反差滤光片可使标本色调对比度增强或减弱。第58页，共104页，2023年，2月20日，星期六58常用的配套滤光片有：(1)蓝色色温转换滤光片：用来把光源的色温由3200K转换成日光型彩色底片所需的5500K色温；(2)绿色滤光片：用来增强相差观察方法中成像的反差，或者以黑白底片作显微照相时，可以提高片成像的反差；

第59页，共104页，2023年，2月20日，星期六59(3)浅灰色滤光片：是透光率为50%的中性减光滤光片，可把视野的亮度减弱一半；

(4)灰色滤光片：是透光率为25%的中性减光滤光片，可把视野的亮度减弱75%；

(5)透光率仅为6%的中性减光滤光片，可把视野的亮度变得相当暗，95%以上的光都已被吸收掉。

第60页，共104页，2023年，2月20日，星期六60七．玻片

盖玻片和载玻片的光学性质对照明系统有较大的影响，因此要对玻片的参数做统一规定。第61页，共104页，2023年，2月20日，星期六61(1)载玻片的要求：1)使用的材料是折射率n=1.518的玻璃，对波长在360~780nm范围内的可见光的吸收小；2)载玻片要求材质均匀，不含杂癖、气泡；3)载玻片不得发射背景荧光，对与之接触的浸液、标本等应该在化学性质上是惰性的。

第62页，共104页，2023年，2月20日，星期六62(2)盖玻片的要求：1)用光学玻璃制作，n=1.522；2)由于盖玻片是和配用的物镜一起来消像差的，因而对盖玻片的光学性质及几何厚度有更严格的规定。例如按国际标准，所有的盖玻片的厚度均为0.17mm，正公差为0.0lmm，负公差为0.02mm。第63页，共104页，2023年，2月20日，星期六63

三、显微镜的机械结构

机械装置是为光学系统服务的。只有精密、灵活、准确的机械装置与良好的光学系统密切配合，显微镜才能发挥出它的最佳性能。显微镜的结构如图所示。第64页，共104页，2023年，2月20日，星期六64第65页，共104页，2023年，2月20日，星期六65机械装置由下列元件组成：

1．镜座与镜臂

2．镜筒

3．物镜转换器

4．载物台与移动器

5．粗动调焦机构

6．微动调焦机构

第66页，共104页，2023年，2月20日，星期六661．镜座镜座是显微镜的基座，多呈马蹄形，用以支持整个镜体。有的显微镜在镜座内装有照明光源。第67页，共104页，2023年，2月20日，星期六672．镜臂镜臂呈弓形，立于镜座的后端。对直筒显微镜来说，几乎用它来支持整个光学系统和大部分机械零件。其下有一倾斜关节，用以倾斜镜筒。对斜筒显微镜来说，主要用它来支持镜筒和与镜筒连接的光学元件。第68页，共104页，2023年，2月20日，星期六682．镜筒

镜筒是一个金属长筒，筒口上端安装目镜镜头，下端装有镜头转换器和物镜头。为了避免光线反射，其内壁涂有无光黑漆。第69页，共104页，2023年，2月20日，星期六69镜筒的分类单目镜筒双目镜筒三目镜筒第70页，共104页，2023年，2月20日，星期六70单目镜筒

单目镜筒又分为直筒和斜筒两种。双目和三目镜筒则都是斜筒式的。

第71页，共104页，2023年，2月20日，星期六71单目斜筒是在镜筒内安装一个反射棱镜，标本通过物镜到达镜筒的光线被棱镜以45度角反射进入目镜。斜筒式可作360度旋转，使用起来更加方便。第72页，共104页，2023年，2月20日，星期六72双目镜筒双目镜筒由左右两个镜筒组成。镜筒的下部装有一套复杂的反射棱镜机构。第73页，共104页，2023年，2月20日，星期六73双目镜筒的反射棱镜光路图：第74页，共104页，2023年，2月20日，星期六74双目镜筒的分光方式：1）自物镜的光线经半五角棱镜两次反射后，折转45度进入分光棱镜。2）分光棱镜由两块直角棱镜胶合而成。胶合面上镀有分光膜。

第75页，共104页，2023年，2月20日，星期六75

3）当光到达分光膜时，有一半反射，进入下棱镜，另一半透过，进入上棱镜。被上下两个棱镜反射后进入两个目镜中成像。第76页，共104页，2023年，2月20日，星期六76为了便于理解，将两个目镜画成上下形式。实际使用的光路是将半五角镜以后的所有部件转动90度，将两目镜变成左右形式。第77页，共104页，2023年，2月20日，星期六77为了适应不同人的眼距，复合棱镜两侧的反射棱镜的间距通常都设计为可调的。双目镜筒一般设计成可伸缩调节方式。第78页，共104页，2023年，2月20日，星期六78反射棱镜的间距设计为可调的目的：为了适应两眼距离不同的人使用。调节范围通常在55～75mm之间；双目镜筒设计成可伸缩调节方式目的：为了适应视力不同的人使用。调节范围通常在500度近视和远视之间。第79页，共104页，2023年，2月20日，星期六79三目镜筒三目镜筒是摄影显微镜需要配置的。它是在双目镜筒的上方又增加一个镜筒。在此镜筒上可加配照像机。这样既可以观察，又可以摄影。第80页，共104页，2023年，2月20日，星期六80三目镜筒分光方式有两种：1）安装有一个可推拉的棱镜。推入时供平时观察用，拉出时光线全部进入摄影镜筒供照像用。2）既可观察又可同时摄影的三目镜筒。它的光线20％一30％供观察用，70％一80％供摄影用。在摄影时，可用摄影目镜进行调焦，当看到清晰的物像时，再摄影，便可摄出清晰的照片。第81页，共104页，2023年，2月20日，星期六813．物镜转换器

物镜转换器，位于镜筒下端，用来安装和转换物镜。按安装物镜的孔数不同，可分为二孔式、三孔式、四孔式等几种，常用的以三孔、四孔居多。旋转转动盘时，可将各个物镜依次地置换在显微镜的光轴位置上。

第82页，共104页，2023年，2月20日，星期六82物镜转换器的精度有二点要求：1）同轴2）齐焦第83页，共104页，2023年，2月20日，星期六83同轴和齐焦的概念：同轴：指每个物镜被定位即调入光路后，物镜和目镜的光轴重合在一条直线上。齐焦：指用低倍物镜调焦后，从低倍转换到高倍物镜，无须使用粗调，即可初见物像。故称为“等高转换”。第84页，共104页，2023年，2月20日，星期六844．载物台与移动器载物台用途：承放标本。对载物台的要求：台面平直，台面与显微镜的光轴垂直。常用的载物台有：固定式和带移动器式两种。第85页，共104页，2023年，2月20日，星期六85固定式载物台的特点：结构简单，它只有一个台面，台面中央有一个圆形的通光孔，孔的两侧各有一个夹标本玻片用的片夹。观察时，只能用手来移动标本，不太方便。这种载物台用于低档显微镜。第86页，共104页，2023年，2月20日，星期六86移动器为了便于操作，常在固定式的载物台上增加一个移动器，叫做带移动器的载物台。第87页，共104页，2023年，2月20日，星期六87移动器的功能：当标本被夹入移动器后，使用移动器的横向和纵向调节旋钮，便可以上下左右移动标本，十分方便。载物台与移动器是靠移动器上的一只滚花螺丝连接的。安装移动器时，只要把移动器上两个固定销插入台面的螺丝孔内，再拧紧滚花螺丝即行。第88页，共104页，2023年，2月20日，星期六88移动器的结构图12．2．6所示．第89页，共104页，2023年，2月20日，星期六895．粗动调焦机构

粗动调焦（coaxialcoarsefocusing）机构简称粗调，是用来快速调焦的装置。由粗动手轮控制。旋转手轮，可以使物、目镜与载物台快速相对移动。粗调有三种方式；

1）镜筒升降式；

2）镜臂升降式；

3）载物台升降式。第90页，共104页，2023年，2月20日，星期六90粗调的基本结构由齿轮来带动齿条运动。齿轮固定在粗动手轮的转轴上，齿条固定在镜筒或镜座上。齿轮和齿条咬合在一起。转动手轮时，齿轮通过齿条带动镜筒(或镜臂或载物台)作相应的上或下降。其上下运动的方向，由燕尾导轨作精确控制。燕尾导轨是精密加工的部件，由燕尾条和燕尾槽组成。燕尾条在燕尾槽内滑动或燕尾槽在燕尾条上滑动。第91页，共104页，2023年，2月20日，星期六91直筒显微镜的粗调装于镜臂的上端，如图所示。第92页，共104页，2023年，2月20日，星期六92斜筒显微镜的粗调装于镜臂下端，如图所示

第93页，共104页，2023年，2月20日，星期六93当旋动手轮6时，轴齿轮3带动大齿轮11旋转，大齿轮则推动燕尾条在燕尾槽上作