显微镜成像原理

显微镜(microscope)简称光镜，是一种将肉眼无法看清楚的微生物体进行光学放大成像的常用仪器。在生命科学、材料科学、基础科学及众多的微观领域中都离不开显微镜。1590年.荷兰的Han，父子始创放大10倍显微镜。175.8年，Dollond制成消色差透镜，提高了显微镜放大倍数。1873年，德国科学家Abbe设计成近代显微镜。1953年.上海江南光学仪器厂国产显微镜诞生，并陆续生产了荧光、相衬、偏光等专用显微镜。生物及医用显微镜可分为光学放大及电子放大两大类。前者按用途可分为普通型、特种型、高级型显微镜和手术显微镜。普通型生物显微镜仅供一般用途使用，通常的农用与医用显微镜、倒税显微镜均属这一类。特种型生物显微镜可作某些专用的观察和研究。暗场生物显微镜、荧光显微镜、偏光显微镜、相衬和干涉相衬显微镜等均属于这一类。高级型生物显微镜系指大型多用途的生物显微镜.研究用生物显微镜和万能研究用生物显微镜等属于这一类。一、显微镜放大成像系统显微镜光学系统由物镜和目镜两部分组成。因为被观测的物体本身不发光，而要借助于外界照明，故显微镜需要有一个照明系统，这些部分都是由较复杂的透镜组成，尤其物镜更为复杂。下图是显微镜成像的光路原理图，图中的物镜和目镜均用薄透镜表示。http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-93-1.jpg显微镜成像原理显微镜的物体AB处于物镜的2倍焦距之内一倍焦距之外，它首先通过物镜成一放大的倒立实像A'B'，且使之位于目镜的物方焦平面上或焦平面以内很靠近的地方，然后目镜将这一实像再次成一个正立虚像A"B"于无限远或人眼明视距离之外，以供眼睛观察。显微镜对物体进行2次放大，因此与放大镜相比，具有更高的放大倍率，能观察到肉眼所不能直接观察的微小物体，分辨更细小的细节。在这里目镜相当于放大镜，只不过这时放大镜的物是物镜所成的像而已。由于物镜所成的像是实像.因而可在实像处(即目镜的物方焦平面处)安放各种用途分划板.供对准或测量用。二、显徽镜的放大率与分辨本领1.显微镜的分辨本领 分辨本领主要指接物镜分辨被检查物体细微结构的能力，也就是说在显微镜下判别的最小微粒的大小或两点之间最短距离及某物点最小直径的限度，便叫做显微镜的分辨本领.或称为鉴别率。通常用d表示:http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-14-1.jpg式中.A表示波长;n sins (NA)表示数值孔径。 从式中可知，显微镜的分辨率主要取决于光的波长和数值孔径这两个因素。d值越小，分辨本领也就越强，越能看清物体的细微结构。鉴别率计算单位是Um. 显微镜的鉴别率的提高只有两个办法: (1)增大物镜的数值孔径(镜口率)。从图可以看出，影响数值孔径(n sina)的因素有两个:其一为物体上某点射人物镜光锥角(镜口角)的一半(sina);其二为检品与物镜间媒质的折射率n。即数值孔径为NA = n sine镜口角半数最大能到900，故si na的最大值为1.00，这时物镜的焦距最短而曲度也很大，制造上是极为困难的。即使能办到，在干燥系中的镜口率只有1 x sin90“（控气n二1)。若再增大镜口率便只有从媒质着手，所以便有水、甘油，石蜡油和香柏油等浸润均匀媒质的应用，确实改进了镜口率不少.它最高可到1.40。如果用澳萘液可达1.67左右，更接近盖片和透镜的折射率。http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-51-1.jpghttp://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-44-1.jpg (2)缩短光源的波长:采用紫外线作光源，波长可到0.1Um，这样放大倍数比自然光放大的倍数大3-4倍，普通紫外线光波在0.2 Um左右，即使能产生出0.1 Um波长的紫外线.一般透镜也将把它吸收干净.无法利用。显微镜的最大数位孔径可达1.5 Um左右，在这种情形下: http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-33-1.jpg即在这种显微镜里，仍可分辨的两点间最短距离差不多等于所用光波波长的1/30假定绿光的光波的波长http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-23-1.jpg那么显微镜能分辨的最短距离为:http://www.yi7.com/file/upload/201201/07/14-00-33-89-1.jpg 则这台显微镜的最高分辨距离也超不过。.182 Um。肉眼在明视距离(250 mm)能分辨的两点之间最短距离为0.1 mm，约为上述d值的560倍.因此I台光学显徽镜的放大率有100()倍也就足够了。这是因为光的本性及光的绕射现象就限制了显徽镜的放大极限。凡是光波超过微粒直径的2倍时，光线就很方便地绕过微粒而继续前进，所以普通干燥系显微镜的最大鉴别率只能达到光源波长的1/2，直径小到0.2 5m的微粒就无法被光学显微镜发觉。虽然后来应用浸润系方法，如油镜，提高了折射率，其鉴别率也只不过能提高到光源波长的1/3而已。而且还要用最好的透镜才能达到。

金相显微镜是的成像原理则是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，利用凸透镜的成像原理进行成像，使用非常高的放大倍数对细微结构的物质进行成像。普通的金相显微镜是根据凸透镜的成像原理，要经过凸透镜的两次成像。这点不同于望远镜的成像，望远镜成缩小倒立的实像。而不管是普通的金相显微镜，还是电子显微镜，都有一个重要的物件—透镜。金相显微镜当中有几个英文名词，大家可以了解一下，f 表示透镜焦距u 表示物体与透镜之间距离（简称物距）引用：www.bsdgx.com

紧急求助静电力显微镜中电场梯度成像的工作原理， 组里最近买了一台omicron的真空AFM，除了向扫描表面之外，还想进行电场梯度成像。我的助教在导电的针尖上加了一个偏压（AC bias），想测量电场梯度。我是个新手，接触AFM 才2个月，所以想请教各位，在经过这个改变后，我们的AFM 是不是就可以测电场梯度了，另外，静电力显微镜中电场梯度成像的3个方法中，相检测 (phase detection)、频率调制 (frequency modulation)和振幅检测 (amplitude detection) 的工作原理是怎样的。哪个个方式更合适我们的AFM呢请多多指教咯^__^