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光学显微镜和电子显微镜的构成原理

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光学显微镜和电子显微镜的构成原理

发布日期:2018-01-15 作者:越视精密 点击:

光学显微镜:

  光学显微镜一般由载物台、聚光照明系统、物镜,目镜和调焦机构组成。载物台用于盛放被观察的物体。利用调焦旋钮可以驱动调焦机构,使载物台作粗调和微调的升降运动,使被观察物体调焦清晰成像。它的上层可以在水平面内沿作精密移动和转动,一般都把被观察的部位调放到视场中心。光学显微镜价格

  聚光照明系统由灯源和聚光镜构成,聚光镜的功能是使更多的光能集中到被观察的部位。照明灯的光谱特性必须与显微镜的接收器的工作波段相适应。

  物镜位于被观察物体附近实现第一级放大的镜头。在物镜转换器上同时装着几个不同放大倍率的物镜。转动转换器可让不同倍率的物镜进入工作光路。物镜放大倍率通常为5~100倍。物方视场直径(即通过显微镜能看到的图像范围)约为11-20毫米。物镜放大倍率越高则视场越小。物镜是显微镜中对成像质量优劣起决定性作用的光学元件。常用的有:①能对两种颜色的光线校正色差的消色差物镜;②质量更高的能对三种色光校正色差的复消色差物镜;③能保证物镜的整个像面为平面以提高视场边缘成像质量的平像场物镜。为了提高显微观察的分辨率,在高倍物镜中采用浸液物镜,即在物镜的下表面和标本片的上表面之间填充折射率为1.5左右的液体。

  目镜位于人眼附近实现第二级放大的镜头。目镜放大倍率通常为5~20倍,按能否放置分划板,可分成两类:①不宜放置分划板的,如惠更斯型目镜。这是现代显微镜中常用的型式,优点是结构简单、价格低廉;缺点是由于成像质量的原因,不宜放置供瞄准定位或尺寸测量用的分划板。②能放置分划板的,如凯尔纳型和对称型目镜,它们能克服上述目镜的缺点。按照能看到的视场大小,目镜又分为视场较小的普通目镜和视场较大的大视场目镜(或称广角目镜)两类。

  载物台和物镜两者必须能沿物镜光轴方向作相对运动以实现调焦,获得清晰的图像。用高倍物镜工作时,容许的调焦范围往往小于微米,所以显微镜必须具备极为精密的微动调焦机构。

  显微镜的工作原理:表面为曲面的玻璃或其他透明材料制成的光学透镜可以使物体放大成像。光学显微镜就是利用这一原理把微小物体放大到人眼足以观察的尺寸。近代的光学显微镜通常采用两级放大,分别由物镜和目镜完成。被观察物体位于物镜的前方,被物镜作第一级放大后成一倒立的实像。然后此实像再被目镜作第二级放大,成一虚像,人眼看到的就是虚像。

  显微镜放大倍率的极限即有效放大倍率,显微镜的分辨率是指能被显微镜清晰区分的两个物点的最小间距。分辨率和放大倍率是两个不同的但又互有联系的概念。

  当选用的物镜数值孔径不够大,即分辨率不够高时,显微镜不能分清物体的微细结构,此时即使过度地增大放大倍率,得到的也只能是一个轮廓虽大但细节不清的图像,称为无效放大倍率。反之如果分辨率已满足要求而放大倍率不足,则显微镜虽已具备分辨的能力,但因图像太小而仍然不能被人眼清晰视见。所以为了充分发挥显微镜的分辨能力,应使数值孔径与显微镜总放大倍率合理匹配。

  聚光照明系统对显微观察的影响聚光照明系统是对显微镜成像性能有较大影响但又易于被使用者忽视的环节。它的功能是提供亮度足够且均匀的物面照明。聚光镜发来的光束应能保证充满物镜孔径角,否则就不能充分利用物镜所能达到的最高分辨率。为此目的,在聚光镜中设有类似照相物镜中的可以调节开孔大小的可变孔径光阑,用来调节照明光束孔径,以与物镜孔径角匹配。观察高反差物体时,宜使照明光束充满物镜的全孔径;对于低反差物体,宜使照明光束充满物镜的2/3孔径。在较完善的柯勒照明系统中,除可变孔径光阑外,还装有控制被照明视场大小的可变视场光阑,以保证被照明的物面范围与物镜所需的视场匹配。物面被照明的范围太小固然不行,过大则不仅多余,甚至有害,因为有效视场以外的多余的光线会在光学零件表面和镜筒内壁多次反射,最后作为杂散光到达像面,使图像的反差下降。

  改变照明方式,可以获得亮背景上的暗物点(称亮视场照明)或暗背景上的亮物点(称暗视场照明)等不同的观察方式,以便在不同情况下更好地发现和观察微细结构。

  电子显微镜:

  电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。

  镜筒主要有电子源、电子透镜、样品架、荧光屏和探测器等部件,这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。

  电子透镜用来聚焦电子,是电子显微镜镜筒中最重要的部件。一般使用的是磁透镜,有时也有使用静电透镜的。它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦,其作用与光学显微镜中的光学透镜(凸透镜)使光束聚焦的作用是一样的,所以称为电子透镜。光学透镜的焦点是固定的,而电子透镜的焦点可以被调节,因此电子显微镜不象光学显微镜那样有可以移动的透镜系统。现代电子显微镜大多采用电磁透镜,由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。电子源是一个释放自由电子的阴极,栅极,一个环状加速电子的阳极构成的。阴极和阳极之间的电压差必须非常高,一般在数千伏到3百万伏之间。它能发射并形成速度均匀的电子束,所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。

  样品可以稳定地放在样品架上。此外往往还有可以用来改变样品(如移动、转动、加热、降温、拉长等)的装置。

  探测器用来收集电子的信号或次级信号。

  真空装置用以保障显微镜内的真空状态,这样电子在其路径上不会被吸收或偏向,由机械真空泵、扩散泵和真空阀门等构成,并通过抽气管道与镜筒相联接。

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