生物及醫用顯微鏡可分為光學放大及電子放大兩大類。前者按用途可分為普通型、特種型、型顯微鏡和手術顯微鏡。普通型生物顯微鏡僅供一般用途使用,通常的農用與醫用顯微鏡、倒置顯微鏡均屬這一類。特種型生物顯微鏡可作某些專用的觀察和研究。暗場生物顯微鏡、熒光顯微鏡、偏光顯微鏡、相襯和干涉相襯顯微鏡等均屬于這一類。型生物顯微鏡系指大型多用途的生物顯微鏡,研究用生物顯微鏡和研究用 生物顯微鏡等屬于這一類。
顯檄鏡放大成像系統
顯微鏡光學系統由物鏡和目鏡兩部分組成。因為被觀測的物體本身不發光,而借助于外界照明,故顯微鏡需要有一個照明系統,這些部分都是由較復雜的透鏡組成,尤其物鏡更為復雜。
圖3—1是顯微鏡成僚的光路原理團,圖中的物鏡和目鏡均用薄透鏡表示。
顯微鏡的物體AB處于物鏡的2倍焦距之內一倍焦距之外,它首先通過物鏡成一大的倒立實像4’B’,且使之位于目鏡的物方焦平面上或焦平面以內很靠近的地方,然后目鏡將這一實像再次成一個正立虛假A”B”擴于無限遠或人眼明視距離之外,以供眼睛觀察。顯微鏡對物體進行2次放大,因此與放大鏡相比,具有更高的放大倍率,能觀察到肉眼所不能直接觀察的微小物體,分辨更細小的細節。在這里目鏡相當于放大鏡.只不過這時放大鏡的物是物鏡所成的像而已。由于物鏡所成的像是實保,因而可在實像處(即目鏡的物方焦平面處)安放各種用途分劃板,供對準或測量用。
二、顯微鏡的放大率與分辨本領
1.顯微鏡的分辨本領
分辨本領主要指接物鏡分辨被檢查物體細微結構的能力,也就是說在顯微鏡下別的zui小微粒的大小或兩點之間zui短距離及某物點zui小直徑的限度,便叫做顯微鏡的分辨本領,或稱為鑒別率。通常用d表示:
從式中可知,顯微鏡的分辨率主要取決于光的波長和數值孔徑這兩個因素。d值越小,分辨本領也就越強,越能看清物體的細微結構。鑒別率計算單位是Mm。
生物顯微鏡的鑒別率的提高只有兩個辦法:
(1)增大物鏡的數值孔徑(鏡口率)。從圖3—2可以看出,影響數做孔徑(nsina)的因素有兩個:其一為物體上某點射人物鏡光錐角(鏡口角)的一半(sina);其二為檢品與物鏡間媒質的折射率n。即數值孔徑為NA=nsina。鏡口角半數zui大能到90°,故sina的zui大值為1.00,這時物鏡的焦距zui短而曲度也很大,制造上是極為困難的。即使能辦到,在干燥系中的鏡口率只有l×sin90°=1.00空氣n=1)o若再增大鏡口率便只有從媒質著手,所以便有水、甘油,石蠟油和香柏油等浸潤均勻媒質的應用,確實改進了鏡口率不少,它zui高可到1.40。如果用溴榮液可達1.67左右,更接近蓋片和透鏡的折射率。
(2)縮短光源的波長:采用紫外線作光源,波長可到0.1υm,這樣放大倍數比自然光放大的倍數大3—4倍,普通紫外線光波在0.2υm左右,即使能產生出0.1υm波長的紫外線,一般透鏡也將把它吸收干凈,無法利用。
顯微鏡的zui大數值孔徑可達1.5υm左右,在這種情形下:
即在這種顯微鏡里,仍可分辨的兩點間zui短距離差不多等于所用光波波長的1/3。假定綠光的光波的波長λ=5.46xl0ˉ5cm,那么顯微鏡能分辨的zui短距離為:
則這臺顯微鏡的zui高分辨距離也超不過0.182υm。向眼在明視距離(250M)能分辨的兩點之間zui短距離為0.1mm,約為上述d值的560倍,因此1臺光學顯微鏡的放大率有1000倍也就足夠了。這是因為光的本性及光的繞射現象就限制了顯微鏡的放大極限。凡是光波超過微粒直徑的2倍時,光線就很方便地繞過微粒而繼續前進,所以普通干燥系顯微鏡的zui大鑒別率只能達到光源波長的1/2,直徑小到0.2υm的微粒就無法被光學顯微鏡發覺。雖然后來應用浸潤系方法,如油鏡,提高了折射率,其鑒別率也只不過能提高到光源波長的1/3而已。而且還要用的透鏡才能達到。
2.顯微鏡的放大率
對于有一定大小的細節,除應該用適當的數值孔徑的物鏡而外,整個顯微鏡也應該有適當的放大倍數與之相適應,才能看清細節,這種放大倍率稱之為有效放大率。這是實際下作應該考慮的問題,每個物鏡都有它的有效放大率。
在使用生物顯微鏡過程中,每個物鏡都配多大的倍數的目鏡,應該特別注意。一般而言,顯微鏡的zui高放大倍數不得超過所使用物鏡鏡口率(NA)的1000倍,否則即產生畸變而失真。例如,其物鏡的放大倍數為lO×,為0.25,則0.25x1000=250,即與這個物鏡配合使用的接目鏡其放大倍數不應超過25倍,因為25×10=250。與油浸系配合的目鏡放大倍數應更小些,例如,有一個l00x,N?A為1.4,則1.4x1000=1400,即接目鏡的放大倍數不應超過14×,因為14×100=1400。通??偸堑捅段镧R配合高倍目鏡,高倍物鏡配合低倍目鏡,便是這個道理。
目前生物顯微鏡一般油浸物鏡NA=1.25或1.3左右,所以,一般放大1250或1350倍已經夠了,而zui大川為1.5,所以國家規定顯微鏡的zui高倍數為1250倍,而通常顯微鏡zui高倍咖良少超過1500倍。如果1臺顯微鏡zui高放大2500倍,實際上放大1000倍時有鑒別率。放大倍數太大,也是無效的.因為放大到一定限度后,把像再放大也不會使我們看到更小些的細節,如果勉強放大,只會使像變得模糊反而影響清晰。也有超過1500倍的,其實也就是目鏡倍數大了一些,這是為了照相或投影之用。
生物顯微鏡各物鏡有效放大率情況見表3—2。
4.幾個有關的概念
(1)顯微鏡的機械管長。是指從任何——個接物鏡的接合螺絲抵肩換器吻合處起,到接口鏡筒上緣止的這一段距離而言為機械管長。
如有抽筒則指還未被拉起的長度.抽筒可從150mm拉到250mm。在干燥系中是使用顯微鏡岡有的鏡筒長度或抑筒未被拉起的長度c油浸系則須拉抽簡拉到170M,當觀察不透明的物體時,便應拉到190mm或250mm,這也是機械管長?,F在一般無抽筒顯微鏡或有抽筒而未被拉起時.多固定為160mm。
(2)生物顯微鏡的光學管長。是指從接物鏡的上焦面起,到接目鏡下主焦面止,這段距離而言為光學管長。
它的簡單測定方法:從接物鏡上組透鏡的亡面量到接目鏡的光欄環隔為止,約得1個近似數值。在干燥系情況下,多為140mm,也可小至128mm以下,油浸系則可高到180mm以上。光學管長關系著次級放大倍數,非常重要。
(3)顯微鏡的操作距離。是指接物鏡下端與蓋片之間的距離而言,為操作距離。
一般鑒別率小者則操作距離大,反之則小。因為操作距離大,鏡口角一定小,于是鏡口率也小,即吸收光量的能力弱,所以鑒別率就受到限制。反之操作距離小,則接物鏡與蓋片越接近,則鏡口角就大,而吸收光量也相應增大,鑒別率自然會增強。
一般顯微鏡的操作距離為16—0.65mm,但也有長至55mm而短至O.5mm的。
(4)明視距離。出于眼睛的調節作用,所看清楚的zui遠和zui近的兩點,分別叫遠點和近點,正常眼遠點無限遠處,近點在10—15cm。當物體距離眼睛25cm時,在人眼的視網膜上造的像zui為清晰。而且看起來不易感到疲勞,這個距離叫明視距離。顯微鏡的明視距離規定為25cm,就是這個道理。