[拼音]:guangxue xianweijing

光学显微镜

一种利用可见光(波长380 ~ 760纳米)对微小物体进行放大和成像的仪器。放大后的图像可以用肉眼观察、拍照或用光电池或其他接收器检测。(见彩图)

基本结构

可分为简单型和复合型两种。一个简单的显微镜，或放大镜，由一个放在物体和肉眼之间的正透镜组成，它可以将微小的物体放大成虚拟的图像。复合显微镜由两组透镜或两组透镜组成。第一组镜头(物镜)形成物体的放大图像，第二组镜头(目镜)将第一组镜头形成的图像放大。典型的复合光学显微镜由支架、反射镜、聚光镜、加载平台、筒体、物镜、目镜和调节筒体或平台运动的机构组成(图1)。

反射器的作用是使光通过反射面进入仪器；负载下的聚光器可以增强样品的照明能力；物镜在枪管内形成中间实像；目镜放大中间图像，在靠近样品平面(用肉眼观看时)形成虚像或在目镜上方的照相板平面上形成实像。

性能

除了放大物体外，还应具有良好的分辨率，形成良好的对比度图像。

决议

辨别距离最近的两个物体的能力。可以用下式表示：

两个物镜点的最小分辨距离=k为成像光的波长，n为样品周围介质的折射率，为进入物镜锥的半角，k为0.61 ~ 1.0之间的常数，nsin为物镜的数值孔径(通常用N.A.来衡量物镜的分辨率)。数值孔径越大，两个目标点之间的距离越小，因此分辨率越强。光学显微镜的最小分辨距离为0.2微米，若小于此距离则无法分辨。

对比

指示样品部分之间以及它们与背景之间的亮度差异。在一般的明场显微镜中，样品的不同部分吸收光的方式不同，这是造成对比的主要原因。此外，样品表面的散射对对比度的形成也很重要。在适当的情况下，减小聚光膜的孔径会降低显微镜的分辨率，但会增加对比度，使图像更清晰。许多特殊的显微镜是为了提高样品的对比度而设计的。

透镜的像差

除了分辨率的限制外，透镜本身也存在一系列缺陷，影响了显微镜成像的质量。这些缺陷称为像差，包括由于透镜边缘和中心之间的折射差异造成的球像差；不同波长光的不同折射率引起的色差和场曲线。通过组合透镜可以纠正一定程度的像差。

主要组成及功能

物镜

它的作用是形成一阶图像。物镜上一般标有数值孔径、倍率、焦距和工作距离。一般来说，物镜的球差是校正的；校正两种颜色(蓝、红)色差的物镜称为消色差物镜，校正三种颜色(蓝、绿、红)色差的物镜称为消色差物镜，介于两者之间的物镜称为半消色差物镜。平场物镜校正场曲率，适用于显微摄影。浸没物镜(浸没在油、水或其它化合物中)可以增大物镜的数值孔径，提高物镜的分辨率。荧光显微镜通常采用40或60倍数值孔径为1.30的浸没物镜，以增强对荧光的采集能力。通常物镜适用于厚度为0.17mm的盖板玻璃，但实际上盖板玻璃的厚度在0.15 ~ 0.22mm之间变化，容易造成像差。因此，有些物镜装有“校正环”，以补偿罩玻璃厚度的变化。

目镜

它用于放大物镜形成的中间像，并校正中间像中的残余像差。

目镜放大倍数为5 ~ 20倍。惠更斯目镜是最常用的目镜类型。补偿目镜与消色差物镜结合使用，以补偿消色差物镜的放大倍率色差。为了保持一个最小扭曲的平面场，一个投影或摄影目镜被设计用于微投影或摄影。长瞳目镜适合眼镜佩戴者观看。宽视场目镜允许大视野。

镜筒

分为单眼、双目、三眼3种。三管的两个目镜用于观察，另一个用于显微摄影、投影或测量。

冷凝器和照明

聚光镜用于聚焦来自光源的光，以便被观察的标本更亮，更均匀地被照亮。常用的是阿贝聚光镜，它由两个透镜组成，孔径为1.30，通常有球差和色差。这些误差可以通过一个多透镜聚光镜的数值孔径高达1.40来纠正。聚光系统的正确使用对显微镜的分辨率和对比度增强有很大的影响。常用的照明系统有两种。一种是关键照明，它将光源聚焦在样品平面上。另一种是科勒照明，即通过灯室透镜在聚光镜光圈上形成光源的像，在试样平面上形成场光圈的像。科勒摄影能得到均匀的照度，并得到对比度好的图像。照明可以是日光或人造光。

几种特殊类型的光学显微镜

暗场显微镜

使用一种特殊的暗场聚光器，使照射光线被偏移而不进入物镜，只有样品的散射光进入物镜。因此，在暗背景下可以得到明亮的图像(图2c)。与暗场照明相反，照明光直接到达成像平面，称为亮场照明。

暗场显微镜主要用于观察与结构和折射率变化有关的物体，如硅藻、放射虫、细菌等具有规则结构的单细胞生物，以及细胞内的线性结构，如鞭毛、纤维等。暗场显微镜也可以观察到低于物镜分辨率极限的颗粒，但不适合观察染色标本。

相差显微镜

物体的不同结构组件之间的折射率和厚度的差异被用来将通过物体不同部分的光程差异转换为振幅(光强度)的差异(图2b)，通过带环形膜片和相位相位物镜的聚光镜。它主要用于观察活细胞或未染色的组织切片，但有时也可用于观察缺乏对比染色的样品。

干涉显微镜

利用样品内外相干光束产生的干涉，将相位差(或光程差)转化为幅度(光强)变化的显微镜，可以根据干涉图(图2f)区分样品中的结构，并确定样品某一区域的相位差或光程差。由于分离光束的方法不同，有不同类型的干涉显微镜，以及用于测定非均匀样品的积分显微镜干涉仪。

干涉显微镜主要用于测定活的或不固定的分散细胞或组织的厚度或折射率。

差示干涉显微镜

一种特殊形式的干涉显微镜，除了相干光束之间的距离相当小，只有1微米，有时小于物镜的最小分辨率距离，使两束相干光束通过样品并在样品的光程差中观察到局部差(梯度)。

差示干涉显微术用于观察活体或未染色样品的精细结构，产生彩色压纹对比图像(图2d)，但不能用于定量测定。

荧光显微镜

一种用激发光照射样品并根据样品产生的荧光进行观察的显微镜(图2e)。荧光在生物学和医学上的应用包括自发荧光、诱导荧光(包括酶或化学诱导)、荧光着色、免疫荧光等。荧光显微镜的激发光辐照有透射和落射两种方式。

偏光显微镜

用于观察双折射样品的显微镜。大多数具有规则结构的生物系统的折射率随光波传播的方向而变化，一般称为双折射系统。有分子(晶体)双折射、形式双折射、应力双折射或组合几种类型。偏光显微镜的主要部件是放置在一般显微镜的光源和聚光镜之间的偏光(振动)镜，放置在物镜和目镜之间的偏光(振动)镜，以及旋转加载平台。调整和检查偏光片的主截面，使其相互垂直(正交位置)，使双折射样品的明亮图像出现在深色背景上。此外，用各种互补色仪可以定量测量双折射度，从而可以推断样品中分子或粒子的取向。近用远红外光源为显微镜，因波长不受水影响，对比度好，不染色即可观察。此外，还有使用紫外光作为光源的显微镜，它使用反射光学或特殊的晶体透镜系统。

显微镜可以适应不同用途的各种结构，形成许多其他类型。如比较显微镜、倒置显微镜、解剖立体显微镜、毛细管显微镜、离心显微镜等。

近年来，光学显微镜领域的一个重要发展是激光共聚焦扫描显微镜(CLSM)的应用，它大大提高了图像的对比度和分辨率。由于只对物镜焦平面上的样品进行成像，因此可以对样品进行“光切片”，并通过计算机对样品图像进行三维重组。

顾竹平：《光学显微镜》，甘肃人民出版社，兰州，1985。参考文章

如何提高光学显微镜的分辨率？比较光学显微镜和电子显微镜的区别。透射电子显微镜的成像原理与普通光学显微镜有什么异同？为什么电子显微镜不能完全取代光学显微镜？生物知识