光學(xué)顯微鏡的組成結(jié)構(gòu) 光學(xué)顯微鏡一般由載物臺(tái)、聚光照明系統(tǒng)、物鏡，目鏡和調(diào)焦機(jī)構(gòu)組成。載物臺(tái)用于承放被觀察的物體。利用調(diào)焦旋鈕可以驅(qū)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，使載物臺(tái)作粗調(diào)和微調(diào)的升降運(yùn)動(dòng)，使被觀察物體調(diào)焦清晰成象。

      它的上層可以在水平面內(nèi)沿作精密移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，一般都把被觀察的部位調(diào)放到視場(chǎng)中心。 聚光照明系統(tǒng)由燈源和聚光鏡構(gòu)成，聚光鏡的功能是使更多的光能集中到被觀察的部位。照明燈的光譜特性必須與顯微鏡的接收器的工作波段相適應(yīng)。

      物鏡位于被觀察物體附近，是實(shí)現(xiàn)**級(jí)放大的鏡頭。在物鏡轉(zhuǎn)換器上同時(shí)裝著幾個(gè)不同放大倍率的物鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器就可讓不同倍率的物鏡進(jìn)入工作光路，物鏡的放大倍率通常為5～100倍。 物鏡是顯微鏡中對(duì)成象質(zhì)量?jī)?yōu)劣起決定性作用的光學(xué)元件。

      常用的有能對(duì)兩種顏色的光線校正色差的消色差物鏡；質(zhì)量更高的還有能對(duì)三種色光校正色差的復(fù)消色差物鏡；能保證物鏡的整個(gè)像面為平面，以提高視場(chǎng)邊緣成像質(zhì)量的平像場(chǎng)物鏡。高倍物鏡中多采用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標(biāo)本片的上表面之間填充折射率為1。

        5左右的液體，它能顯著的提高顯微觀察的分辨率。 目鏡是位于人眼附近實(shí)現(xiàn)第二級(jí)放大的鏡頭，鏡放大倍率通常為5～20倍。按照所能看到的視場(chǎng)大小，目鏡可分為視場(chǎng)較小的普通目鏡，和視場(chǎng)較大的大視場(chǎng)目鏡(或稱廣角目鏡)兩類。

         載物臺(tái)和物鏡兩者必須能沿物鏡光軸方向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)調(diào)焦，獲得清晰的圖像。用高倍物鏡工作時(shí)，容許的調(diào)焦范圍往往小于微米，所以顯微鏡必須具備極為精密的微動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。 顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率，顯微鏡的分辨率是指能被顯微鏡清晰區(qū)分的兩個(gè)物點(diǎn)的*小間距。

        分辨率和放大倍率是兩個(gè)不同的但又互有聯(lián)系的概念。 當(dāng)選用的物鏡數(shù)值孔徑不夠大，即分辨率不夠高時(shí)，顯微鏡不能分清物體的微細(xì)結(jié)構(gòu)，此時(shí)即使過(guò)度地增大放大倍率，得到的也只能是一個(gè)輪廓雖大但細(xì)節(jié)不清的圖像，稱為無(wú)效放大倍率。

        反之如果分辨率已滿足要求而放大倍率不足，則顯微鏡雖已具備分辨的能力，但因圖像太小而仍然不能被人眼清晰視見。所以為了充分發(fā)揮顯微鏡的分辨能力，應(yīng)使數(shù)值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。 聚光照明系統(tǒng)是對(duì)顯微鏡成像性能有較大影響，但又是易于被使用者忽視的環(huán)節(jié)。

  它的功能是提供亮度足夠且均勻的物面照明。聚光鏡發(fā)來(lái)的光束應(yīng)能保證充滿物鏡孔徑角，否則就不能充分利用物鏡所能達(dá)到的*高分辨率。為此目的，在聚光鏡中設(shè)有類似照相物鏡中的 ，可以調(diào)節(jié)開孔大小的可變孔徑光闌，用來(lái)調(diào)節(jié)照明光束孔徑，以與物鏡孔徑角匹配。

   改變照明方式，可以獲得亮背景上的暗物點(diǎn)(稱亮視場(chǎng)照明)或暗背景上的亮物點(diǎn)(稱暗視場(chǎng)照明)等不同的觀察方式，以便在不同情況下更好地發(fā)現(xiàn)和觀察微細(xì)結(jié)構(gòu)。 電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。

   電子顯微鏡的分辨能力以它所能分辨的相鄰兩點(diǎn)的*小間距來(lái)表示。20世紀(jì)70年代，透射式電子顯微鏡的分辨率約為0。3納米(人眼的分辨本領(lǐng)約為0。1毫米)?，F(xiàn)在電子顯微鏡*大放大倍率超過(guò)300萬(wàn)倍，而光學(xué)顯微鏡的*大放大倍率約為2000倍，所以通過(guò)電子顯微鏡就能直接觀察到某些重金屬的原子和晶體中排列整齊的原子點(diǎn)陣。

   1931年，德國(guó)的克諾爾和魯斯卡，用冷陰極放電電子源和三個(gè)電子透鏡改裝了一臺(tái)高壓示波器，并獲得了放大十幾倍的圖象，證實(shí)了電子顯微鏡放大成像的可能性。1932年，經(jīng)過(guò)魯斯卡的改進(jìn)，電子顯微鏡的分辨能力達(dá)到了50納米，約為當(dāng)時(shí)光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)的十倍，于是電子顯微鏡開始受到人們的重視。

   到了二十世紀(jì)40年代，美國(guó)的希爾用消像散器補(bǔ)償電子透鏡的旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱性，使電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)有了新的突破，逐步達(dá)到了現(xiàn)代水平。在中國(guó)，1958年研制成功透射式電子顯微鏡，其分辨本領(lǐng)為3納米，1979年又制成分辨本領(lǐng)為0。

  3納米的大型電子顯微鏡。 電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)雖已遠(yuǎn)勝于光學(xué)顯微鏡，但電子顯微鏡因需在真空條件下工作，所以很難觀察活的生物，而且電子束的照射也會(huì)使生物樣品受到輻照損傷。其他的問(wèn)題，如電子槍亮度和電子透鏡質(zhì)量的提高等問(wèn)題也有待繼續(xù)研究。

   分辨能力是電子顯微鏡的重要指標(biāo)，它與透過(guò)樣品的電子束入射錐角和波長(zhǎng)有關(guān)?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)約為300～700納米，而電子束的波長(zhǎng)與加速電壓有關(guān)。當(dāng)加速電壓為50～100千伏時(shí)，電子束波長(zhǎng)約為0。

        0053～0。0037納米。由于電子束的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于可見光的波長(zhǎng)，所以即使電子束的錐角僅為光學(xué)顯微鏡的1％，電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于光學(xué)顯微鏡。 電子顯微鏡由鏡筒、真空系統(tǒng)和電源柜三部分組成。

     鏡筒主要有電子槍、電子透鏡、樣品架、熒光屏和照相機(jī)構(gòu)等部件，這些部件通常是自上而下地裝配成一個(gè)柱體；真空系統(tǒng)由機(jī)械真空泵、擴(kuò)散泵和真空閥門等構(gòu)成，并通過(guò)抽氣管道與鏡筒相聯(lián)接；電源柜由高壓發(fā)生器、勵(lì)磁電流穩(wěn)流器和各種調(diào)節(jié)控制單元組成。

   電子透鏡是電子顯微鏡鏡筒中*重要的部件，它用一個(gè)對(duì)稱于鏡筒軸線的空間電場(chǎng)或磁場(chǎng)使電子軌跡向軸線彎曲形成聚焦，其作用與玻璃凸透鏡使光束聚焦的作用相似，所以稱為電子透鏡?，F(xiàn)代電子顯微鏡大多采用電磁透鏡，由很穩(wěn)定的直流勵(lì)磁電流通過(guò)帶極靴的線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)使電子聚焦。

   電子槍是由鎢絲熱陰極、柵極和陰極構(gòu)成的部件。它能發(fā)射并形成速度均勻的電子束，所以加速電壓的穩(wěn)定度要求不低于萬(wàn)分之一。 電子顯微鏡按結(jié)構(gòu)和用途可分為透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發(fā)射式電子顯微鏡等。

  透射式電子顯微鏡常用于觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)；掃描式電子顯微鏡主要用于觀察固體表面的形貌，也能與 X射線衍射儀或電子能譜儀相結(jié)合，構(gòu)成電子微探針，用于物質(zhì)成分分析；發(fā)射式電子顯微鏡用于自發(fā)射電子表面的研究。

         投射式電子顯微鏡因電子束穿透樣品后，再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與光學(xué)顯微鏡相仿。在這種電子顯微鏡中，圖像細(xì)節(jié)的對(duì)比度是由樣品的原子對(duì)電子束的散射形成的。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過(guò)物鏡光欄，參與成像，在圖像中顯得較亮。

        反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過(guò)密，則像的對(duì)比度就會(huì)惡化，甚至?xí)蛭针娮邮哪芰慷粨p傷或破壞。 透射式電子顯微鏡鏡筒的頂部是電子槍，電子由鎢絲熱陰極發(fā)射出、通過(guò)**，第二兩個(gè)聚光鏡使電子束聚焦。

        電子束通過(guò)樣品后由物鏡成像于中間鏡上，再通過(guò)中間鏡和投影鏡逐級(jí)放大，成像于熒光屏或照相干版上。 中間鏡主要通過(guò)對(duì)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，放大倍數(shù)可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬(wàn)倍；改變中間鏡的焦距，即可在同一樣品的微小部位上得到電子顯微像和電子衍射圖像。

        為了能研究較厚的金屬切片樣品，法國(guó)杜洛斯電子光學(xué)實(shí)驗(yàn)室研制出加速電壓為3500千伏的超高壓電子顯微鏡。 掃描式電子顯微鏡的電子束不穿過(guò)樣品，僅在樣品表面掃描激發(fā)出次級(jí)電子。放在樣品旁的閃爍晶體接收這些次級(jí)電子，通過(guò)放大后調(diào)制顯像管的電子束強(qiáng)度，從而改變顯像管熒光屏上的亮度。

        顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描，這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像，這與工業(yè)電視機(jī)的工作原理相類似。 掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。

        放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十 萬(wàn)倍。掃描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品；圖像有很強(qiáng)的立體感；能利用電子束與物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的次級(jí)電子、吸收電子和 X射線等信息分析物質(zhì)成分。

       掃描式電子顯微鏡的電子槍和聚光鏡與透射式電子顯微鏡的大致相同，但是為了使電子束更細(xì)，在聚光鏡下又增加了物鏡和消像散器，在物鏡內(nèi)部還裝有兩組互相垂直的掃描線圈。物鏡下面的樣品室內(nèi)裝有可以移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和傾斜的樣品臺(tái)。