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新聞資訊

光學顯微鏡的成像原理

2013-10-16  發布者:admin 

光學顯微鏡是一種利用光學透鏡產生影像放大效應的顯微鏡。

由物體入射的光被至少兩個光學係統(物鏡和目鏡)放大。首先物鏡產生一個被放大實像,人眼通過作用相當於放大鏡的目鏡觀察這個已經被放大了的實像。一般的光學顯微鏡有多個可以替換的物鏡,這樣觀察者可以按需要更換放大倍數。這些物鏡一般被安置在一個可以轉動的物鏡盤上,轉動物鏡盤就可以使不同的目鏡方便地進入光路,物鏡盤的英文是Nosepiece,又譯作鼻輪

十八世紀,光學顯微鏡的放大倍率已經提高到了1000倍,使人們能用眼睛看清微生物體的形態、大小和一些內部結構。直到物理學家發現了放大倍率與分辨率之間的規律,人們才知道光學顯微鏡的分辨率是有極限的,分辨率的這一極限限製了放大倍率的無限提高,1600倍成了光學顯微鏡放大倍率的最高極限,使得形態學的應用在許多領域受到了很大限製。

光學顯微鏡的分辨率受到光波長的限製,一般不超過0.3微米。假如顯微鏡使用紫外線作為光源或物體被放在油中的話,分辨率還可以得到提高。

光學顯微鏡依樣品的不同可分為反射式透射式。反射顯微鏡的物體一般是不透明的,光從上麵照在物體上,被物體反射的光進入顯微鏡。這種顯微鏡經常被用來觀察固體等,多應用在工學、材料領域,在正立顯微鏡中,此類顯微鏡又稱作金相顯微鏡。透射顯微鏡的物體是透明的或非常薄,光從可透過它進入顯微鏡。這種顯微鏡常被用來觀察生物組織。

光學顯微鏡依其聚光鏡(condenser)和物鏡(Objective)的設計,可用來觀察不同的樣品。明視野(Brightfield)用來觀察薄的染色生物組織樣品,暗視野(Darkfield)功能的視野下,背景為黑色,能突顯樣品的細微麵貌,觀察未染色樣品時,如活細胞,可利用相位差(Phase)功能。另外還有微分幹涉差(differential interference contrast,DIC)功能,都常搭配在光學顯微鏡上。

依光源的不同,還有螢光顯微鏡、共聚焦顯微鏡等類別。

 

顯微鏡成像原理

 

現在的光學顯微鏡的構造非常的複雜精密,為了精準成像,顯微鏡的光學路徑必須嚴謹的設計與控製。盡管如此,光學顯微鏡的運作原理是非常簡單的。

最簡單的物鏡是由高分辨率的玻璃鏡製成,有非常短的焦距,大概是160 mm左右,而產生了放大倒立成像,因此像是非常靠近試片來觀察,經由對焦,其產生的是實像,不用經由目鏡即可用肉眼看到,或者成像於紙張上。在多數的顯微鏡,目鏡是雙鏡組成的,一個在眼睛,產生虛像,使肉眼看到放大成像;一個則靠近物鏡,產生實像。

 

倒立顯微鏡

倒立顯微鏡是顯微鏡的一種,在穿透光觀察下,明視野用之照明光源和聚光鏡是來自機身上方,光線穿過聚光鏡到達樣品,再穿過位於樣品下方的物鏡,然後借由反射鏡和透鏡到達觀察者的眼睛或成像儀器。對螢光顯微鏡而言,螢光激發光源和物鏡同位於底部。由於激發光源可以是高功率大型雷射光源或弧光燈,倒立式的設計更能穩定顯微鏡鏡的結構。倒立顯微鏡常用於觀察培養中的細胞或組織,特別是應用在螢光的生物樣品上。

 

解剖顯微鏡

解剖顯微鏡,又被稱為實體顯微鏡立體顯微鏡,是為了不同的工作需求所設計的顯微鏡。利用解剖顯微鏡觀察時,進入兩眼的光各來自一個獨立的路徑,這兩個光路徑夾了一個小小的角度,因此在觀察時,樣品可以呈現立體的樣貌。解剖顯微鏡的光路設計有兩種:The Greenough ConceptThe Telescope Concept
解剖顯微鏡常常用在一些固體樣本的表麵觀察,或是解剖、鍾表製作和小電路板檢查等工作上。

 

分類

正立顯微鏡

 正立顯微鏡是光學顯微鏡的一種,在穿透光觀察下,光源由機身下麵經過聚光鏡到達樣品,再穿過位於樣品上方的物鏡,然後借由反射鏡和透鏡到達觀察者的眼睛或其他成像儀器。正立顯微鏡物鏡和聚光鏡中間的空間較小,適用於正立顯微鏡觀察的物品,通常較薄,可夾於玻片中。正立顯微鏡的優點是結構簡單,因此一般顯微鏡多屬此類。

正立顯微鏡上的基本部件
  1. 接目鏡 (ocular lens or eye-piece)
  2. 接物鏡轉輪(objective turret)或鼻輪(nosepiece)
  3. 接物鏡(objective lens)
  4. 粗調節輪 / 器(coarse adjustment knob)
  5. 細 / 微調節輪 / 器(fine adjustment knob)
  6. 標本夾載物台(clip and stage)
  7. 反射鏡(mirror)
  8. 光圈與聚光鏡(condenser and diaphragm)



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