光学显微镜的构造

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。

1显微镜主体(main body

显微镜的主体是用于安装光学部件、机构调节部件与附件的承载体。

 

2、粗、微调焦机构(coaxial coarse/fine focusing controls

调焦旋钮转动时带动载物台物镜垂直升降,以达到聚焦的目的。

 

3滤光片(filter

通常的滤光片配套有:

(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。

 

4、视场光阑(field diaphragm

视场光阑是显微镜照明光路系统中的重要部件之一,按照柯勒照明系统的要求来进行调节。视场光阑不可以任意开大,要根据使用的物镜倍数与照明方式来调节适当的大小(如透射式与落射式)。视场光阑的主要功用有:

(1)控制杂散光在成像光路系统中的影响,特别是免除杂散光对照相系统的干扰,使显微照相的底片不至于蒙上一层灰雾;

(2)控制照明光束的大小,使所观察的视域能受到均匀的照明;

(3)在荧光显微镜检方法中,可以把激发光限制在所需激发样品的视域范围内,以防止视域外的样品过早受到激发。

 

5、聚光镜系统(condenser system

聚光镜系统是照明光路系统中的重要部件之一,它也只能按照柯勒照明系统的调整要求来进行调节。聚光镜系统调整的好坏,可以直接影响显微镜视域中照明的均匀性,也可影响显微镜的分辨率,还可以直接控制显微照相底片上的反差。聚光镜系统通常由以下几个部件组成:

(1)聚光镜(condenser)

可以是简单的阿贝聚光镜,也可以是消球差-消色差的优质聚光镜,另外还有一种是消除了内应力的偏光聚光镜。聚光镜的重要参数之一是数值孔径(NA),通常为0.32;这样的数值孔径太小,只能与以下的物镜配合使用,因此需配用前端透镜来提高数值孔径,以便与不同倍数的物镜灵活配合使用。

(2)前端透镜(front lens)

前端透镜本身的数值孔径通常为0.63、0.90、1.30或1.40,它要附装在聚光镜本体上,可以方便地摆进或摆出光路。最常用的前端透镜数值孔径为0.90,当它摆入光路时,可以和10X及以上的物镜配用,摆出光路时可以和10X以下的物镜如6.3X、5X及2.5X等物镜配用。

(3)聚光镜的孔径光阑(aperture diaphragm)

孔径光阑实际上是一个可变光圈,它是显微镜照明光路系统中的又一个重要部件,在透射光明视野法、微分干涉相衬法以及偏光法所使用的聚光镜中,都装有孔径光阑。它可以影响显微镜观察时的分辨率;直接控制显微照相底片上的反差;用来调节聚光镜的数值孔径,配合所用物镜的数值孔径,以取得最佳的分辨本领,或最大的分辨本领;还可以使光源的发光体成像于孔径光阑所在的平面上,从而满足柯勒照明系统的前提条件。在实际操作中,调节聚光镜孔径光阑可以改变显微镜中所观察到的视野亮度,这是由于历史上对聚光镜孔径光阑的误解所造成的错误用法。这里要特别强调:不应该用聚光镜的孔径光阑来调节视野中的亮度、更不应该用调节聚光镜位置高低的方法来调节视野中的亮度!以往的错误用法希望能在实际操作中纠正过来。

(4)转盘(turret)

在多用途聚光镜系统中,为方便才把明视野的孔径光阑、暗视野的中央光挡、相差法所需用的各种不同直径的环状光圈、微分干涉相衬法用的DIC棱镜及其孔经光阑等部件装在转盘上再嵌入到聚光镜本体的座子内,使用时转动转盘就可以选用不同显微镜检法所适用的聚光镜,方便而又快捷。聚光镜系统有两个调节装置:

A.聚光镜的调中螺丝(centering screws)

调中螺丝通常为1对,位于聚光镜托架前方的左右测。和环形燕尾槽中的调中螺丝成三足鼎立之势,可以聚光镜前后、左右调整,使聚光镜的光轴与照明光路、成像光路合轴。

B.聚光镜托架的上下调节装置(vertical adjustment of condenser carrier)

利用这个调节装置,可使聚光镜的位置作上下调动,使视场光阑经过聚光镜在样品视野中的成像调到最为清晰,光阑像的位置也可利用托架上的调中螺丝来进行调中,从而满足柯库勒照明系统调整的要求。

                                            落射式柯拉照明光学系统图


                               透射式柯拉照明光学系统图(左为照明光路,右为成像光路)

 

6、机械移动式载物台(stage

载物台可以承载样品,可在水平方向上作前后、左右移动。

 

7物镜转换器(nosepiece

物镜转换器可迅速更换物镜,常用的有3孔、4孔、5孔、6孔位的物镜转换器,转换器也称为“鼻轮”。

 

8物镜(objectives

显微镜物镜光学显微镜中最为重要的光学部件之一,物镜种类与主要技术参数可以通过物镜上的标识进行别。物镜主要类型有:消色差物镜、半复消色差物镜、复消色差物镜、半平视场物镜、平视场物镜相衬物镜荧光物镜偏光显微镜物镜和明暗视场物镜等。

                                              物镜标识

  • 物镜螺纹:现有两种规格,一种是RMS型(4/5"x 1/36"(WJ4/5"x 1/36")),另一种是明暗视场物镜螺纹,其规格为:M27x1/36"。
  • 物镜类型:表示物镜成像性能及使用状态的重要参量。目前在物镜中,消色差物镜不做标识,半平视场用“SP”表示,平视场用“PL”表示,荧光物镜用“FL”表示,相衬物镜附加“PHP”,偏光物镜附加“POL”表示,明暗视场物镜附加“BD”表示。
  • 放大率:表示物镜的横向放大率。
  • 数值孔径:指定物镜半孔径角正弦的值与样本或盖玻片之间的介质折射率的乘积,数值孔径是物镜主要技术参数,是物镜性能高低的重要标志。数值孔径越高,分边率越高,焦深则越小。
  • 浸渍介质:为提高物镜的数值孔径而在物镜前透镜与样本或盖玻片之间加入一种液态介质,一般显微镜用浸渍介质为香柏油(oil)、水(W),荧光显微镜物镜为甘油(Glyc)(不能含自发荧光物质)。
  • 机械筒长:显微镜物镜的安装定位面到镜筒上端面的距离。镜筒上端面是安装目镜的定位面。对无限远像距的物镜,机械筒长可认为是无限长,用“∞”表示。一般物镜中,有限远光学系统适用的机械筒长为160mm。
  • 盖玻片厚度:在标本上覆盖的玻璃薄片,一般用数字表示玻璃薄片的厚度,如0.17mm,1.20mm。用“—”表示物镜可用于无盖玻片或盖玻片厚度小于0.17mm标本观察,用“0”表示物镜只用于无盖玻片标本观察。
  • 色 圈:是物镜上的附加标志,不同颜色代表物镜的放大倍数范围,其中:红色表示4~5倍,黄色表示10~12.5倍,浅绿色表示16~20倍,深绿色表示25~32倍,淡蓝色表示40~50倍,深蓝色表示63~80倍,白色表100或大于100倍。

 

9、目镜(eyepieces

目镜是显微镜中把物镜所成的像作再一次放大的光学部件,显微镜的总放大倍数通常就是物镜与目镜放大倍数的乘积。为方便不同视力者进行显微拍照时调焦同样清晰,一些目镜设计成可调焦式。为了使显微镜获得最大有效放大倍数和最高分辨本领,必须合理选配目镜。到目前为止,由于受光学定律的制约,光学显微镜最大的有效放大倍数为1000~1600倍。10X目镜是最常用而必须配备的目镜,观察荧光时最好选用10X以下的目镜。

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