一．折射和折射率
光線在均勻的各向同性介質(zhì)中，兩點之間以直線傳播，當通過不同密度介質(zhì)的透明物體時，則發(fā)生折射現(xiàn)像，這是由于光在不同介質(zhì)的傳播速度不同造成的。當與透明物面不垂直的光線由空氣射入透明物體(如玻璃)時，光線在其介面改變了方向，并和法線構成折射角。

二．透鏡的性能
透鏡是組成顯微鏡光學系統(tǒng)的最基本的光學元件，物鏡、目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。依其外形的不同，可分為凸透鏡(正透鏡)和凹透鏡(負透鏡)兩大類。當一束平行于光軸的光線通過凸透鏡后相交于一點，這個點稱“焦點”，通過交點并垂直光軸的平面，稱“焦平面”。焦點有兩個，在物方空間的焦點，稱“物方焦點”，該處的焦平面，稱“物方焦平面”；反之，在像方空間的焦點，稱“像方焦點”，該處的焦平面，稱“像方焦平面”。光線通過凹透鏡后，成正立虛像，而凸透鏡則成正立實像。實像可在屏幕上顯現(xiàn)出來，而虛像不能。

三．影響成像的關鍵因素—像差
由于客觀條件，任何光學系統(tǒng)都不能生成理論上理想的像，各種像差的存在影響了成像質(zhì)量。下面分別簡要介紹各種像差。
1．色差? 色差是透鏡成像的一個嚴重缺陷，發(fā)生在多色光為光源的情況下，單色光不產(chǎn)生色差。白光由紅 橙 黃 綠 青 藍 紫 七種組成，各種光的波長不同 ，所以在通過透鏡時的折射率也不同，這樣物方一個點，在像方則可能形成一個色斑。光學系統(tǒng)最主要的功能就是消色差。
色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置觀察都帶有色斑或暈環(huán)，使像模糊不清。而放大率色差使像帶有彩色邊緣。
2．球差? 球差是軸上點的單色相差，是由于透鏡的球形表面造成的。球差造成的結果是，一個點成像后，不在是個亮點，而是一個中間亮邊緣逐漸模糊的亮斑，從而影響成像質(zhì)量。
球差的矯正常利用透鏡組合來消除，由于凸、凹透鏡的球差是相反的，可選配不同材料的凸凹透鏡膠合起來給予消除。舊型號顯微鏡，物鏡的球差沒有完全矯正，應與相應的補償目鏡配合，才能達到糾正效果。一般新型顯微鏡的球差完全由物鏡消除。
3．慧差? 慧差屬軸外點的單色像差。軸外物點以大孔徑光束成像時，發(fā)出的光束通過透鏡后，不再相交一點，則一光點的像便會得到一逗點狀，型如慧星，故稱“慧差”。
4．像散? 像散也是影響清晰度的軸外點單色像差。當視場很大時，邊緣上的物點離光軸遠，光束傾斜大，經(jīng)透鏡后則引起像散。像散使原來的物點在成像后變成兩個分離并且相互垂直的短線，在理想像平面上綜合后，形成一個橢圓形的斑點。像散是通過復雜的透鏡組合來消除。
5．場曲? 場曲又稱“像場彎曲”。當透鏡存在場曲時，整個光束的交點不與理想像點重合，雖然在每個特定點都能得到清晰的像點，但整個像平面則是一個曲面。這樣在鏡檢時不能同時看清整個像面，給觀察和照相造成困難。因此研究用顯微鏡的物鏡一般都是平場物鏡，這種物鏡已經(jīng)矯正了場曲。
6．畸變? 前面所說各種像差除場曲外，都影響像的清晰度?；兪橇硪环N性質(zhì)的像差，光束的同心性不受到破壞。因此，不影響像的清晰度，但使像與原物體比，在形狀上造成失真。

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一、顯微鏡的分類

(一)、按使用目鏡的數(shù)目可分為單目、雙目和三目顯微鏡。

單目價格比較便宜，可以作為初學愛好者的選擇，雙目稍貴點，觀察的時候兩眼可以同時觀察，觀察得舒適些，三目又多了一目，它的作用主要是連接數(shù)碼相機或電腦用，比較適合長時間工作的人員選用。

(二)、根據(jù)其用途以及應用范圍分為生物顯微鏡、金相顯微鏡、體視顯微鏡等。

1、生物顯微鏡是常見的一種顯微鏡，在很多實驗室中都可以見到，主要是用來觀察生物切片、生物細胞、細菌以及活體組織培養(yǎng)、流質(zhì)沉淀等的觀察和研究，同時可以觀察其他透明或者半透明物體以及粉末、細小顆粒等物體。生物顯微鏡供醫(yī)療衛(wèi)生單位、高等院校、研究所用于微生物、細胞、細菌、組織培養(yǎng)、懸浮體、沉淀物等的觀察，可連續(xù)觀察細胞、細菌等在培養(yǎng)液中繁殖分裂的過程等。在細胞學、寄生蟲學、腫瘤學、免疫學、遺傳工程學、工業(yè)微生物學、植物學等領域中應用廣泛。

2、體視顯微鏡又稱為實體顯微鏡、立體顯微鏡，是一種具有正像立體感的目視儀器，廣泛的應用于生物學、醫(yī)學、農(nóng)林等。它具有兩個完整的光路，所以觀察時物體呈現(xiàn)立體感。主要用途有：①作為動物學、植物學、昆蟲學、組織學、考古學等的研究和解剖工具。②做紡織工業(yè)中原料及棉毛織物的檢驗。③在電子工業(yè)，做晶體等裝配工具。④對各種材料氣孔形狀腐蝕情況等表面現(xiàn)象的檢查。⑤對文書紙幣的真假判斷。⑥透鏡、棱鏡或其它透明物質(zhì)的表面質(zhì)量，以及精密刻度的質(zhì)量檢查等。

3、金相顯微鏡主要是用來鑒定和分析金屬內(nèi)部結構組織，是金屬學研究金相的重要儀器，是工業(yè)部門鑒定產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵設備，專門用于觀察金屬和礦物等不透明物體金相組織的顯微鏡。這些不透明物體無法在普通的透射光顯微鏡中觀察，故金相和普通顯微鏡的主要差別在于前者以反射光，而后者以透射光照明。不僅可以鑒別和分析各種金屬、合金材料、非金屬物質(zhì)的組織結構及集成電路、微顆粒、線材、纖維、表面噴涂等的一些表面狀況，金相顯微鏡還可以廣泛地應用于電子、化工和儀器儀表行業(yè)觀察不透明的物質(zhì)和透明的物質(zhì)。如金屬、陶瓷、集成電路、電子芯片、印刷電路板、液晶板、薄膜、粉末、碳粉、線材、纖維、鍍涂層以及其它非金屬材在金相顯微鏡中照明光束從物鏡方向射到被觀察物體表面，被物面反射后再返回物鏡成像。所以用金相顯微鏡來檢驗分析金屬內(nèi)部的組織結構在工業(yè)生產(chǎn)中是十分重要的。體視顯微鏡在工業(yè)生產(chǎn)中也可以用到，但是它只是用來觀察金屬表面劃傷、劃痕等，放大倍數(shù)一般在10X-50X之間，金相的放大倍數(shù)一般在40X-400X，有些可以達到800X。

(三)、按光學原理可分為偏光、相襯和微差干涉對比顯微鏡等。

1、偏光顯微是鑒定物質(zhì)細微結構光學性質(zhì)的一種顯微鏡。凡具有雙折射性的物質(zhì)，在偏光顯微鏡下就能分辨的清楚，當然這些物質(zhì)也可用染色法來進行觀察，但有些則不可能，而必須利用偏光顯微鏡。主要用于研究透明與不透明各向異性材料。一般具有雙折射的物質(zhì)都可以用這種顯微鏡進行觀察。雙折射性是晶體的基本特征。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應用在礦物、化學等領域，如在植物學方面，如鑒別纖維、染色體、紡錘絲、淀粉粒、細胞壁以及細胞質(zhì)與組織中是否含有晶體等。在植物病理上，病菌的入侵，常引起組織內(nèi)化學性質(zhì)的改變，可以偏光顯微術進行鑒別。在人體及動物學方面，常利用偏光顯微術來鑒別骨骷、牙齒、膽固醇、神經(jīng)纖維、腫瘤細胞、橫紋肌和毛發(fā)等。

2、相襯顯微鏡又稱為相差顯微鏡，最大的特點就是可以觀察未經(jīng)染色的標本和活細胞。這些樣品在一般的顯微鏡下是觀察不到的，而相差顯微鏡則利用物體不同結構成分之間的折射率和厚度的差別，把通過物體不同部分的光程差變?yōu)檎穹?，?jīng)過帶有環(huán)狀光闌的聚光鏡和帶有相位片的相差物鏡來實現(xiàn)觀測，簡單的說它利用的是樣品密度差別產(chǎn)生的反差來進行觀察的，所以即使樣品不染色也可以進行，這大大便利了活體細胞的觀察，因此相襯鏡檢法廣泛應用于倒置顯微鏡中。有相板的物鏡稱”相襯物鏡”，外殼上常有”Ph”字樣。相襯法是一種光學信息處理方法，而且是比較早的信息處理的成果之一，因此在光學的發(fā)展史上具有重要意義。

3、微分干涉對比鏡檢術出現(xiàn)于60年代，它不僅能觀察無色透明的物體，而且圖像呈現(xiàn)出浮雕壯的立體感，并具有相襯鏡檢術所不能達到的某些優(yōu)點，觀察效果更為逼真。

(四)、按光源類型可分為普通光、熒光和激光顯微鏡等。

1、普通光顯微鏡采用的就是普通光源，是常用的。

2、熒光顯微鏡是以紫外線為光源，通常是照射被檢物體(落射式)，使之發(fā)出熒光，然后在顯微鏡下觀察物體的形狀及其所在位置。熒光顯微鏡用于研究細胞內(nèi)物質(zhì)的吸收、運輸、化學物質(zhì)的分布及定位等。

3、激光共聚焦掃描顯微鏡，采用激光做為掃描光源，逐點、逐行、逐面快速掃描成像。因為激光束的波長較短，光束很細，所以共焦激光掃描顯微鏡有較高的分辨力，大約是普通光學顯微鏡的3倍。

(五)．按顯微鏡物鏡的位置分正置和倒置顯微鏡

1、倒置顯微鏡是為了適應生物學、醫(yī)學等領域中的組織培養(yǎng)、細胞離體培養(yǎng)、浮游生物、環(huán)境保護、食品檢驗等顯微觀察。由于上述樣品特點的限制，被檢物體均放置在培養(yǎng)皿(或培養(yǎng)瓶)中，這樣就要求倒置顯微鏡的物鏡和聚光鏡的工作距離很長，能直接對培養(yǎng)皿中的被檢物體進行顯微觀察和研究。因此，物鏡、聚光鏡和光源的位置都顛倒過來，故稱為”倒置顯微鏡”。倒置顯微鏡多用于無色透明的活體觀察。如果用戶有特殊需要，也可以選配其它附件，用來完成微分干涉、熒光及簡易偏光等觀察。倒置顯微鏡由于制作更加嚴密，價格也是比較貴的。目見倒置顯微鏡廣泛應用于patch-clamp(膜片鉗),transgeneICSI等領域。

(六)．數(shù)碼顯微鏡

1、數(shù)碼顯微鏡又叫視頻顯微鏡，它是將顯微鏡看到的實物圖像通過數(shù)模轉換，使其成像在計算機上。數(shù)碼顯微鏡是將精銳的光學顯微鏡技術、先進的光電轉換技術、普通的電視機完美地結合在一起而開發(fā)研制成功的一項高科技產(chǎn)品。從而，我們可以對微觀領域的研究從傳統(tǒng)的普通的雙眼觀察到通過顯示器上再現(xiàn)，從而提高了工作效率。數(shù)碼顯微鏡在觀察物體時能產(chǎn)生正立的三維空間影像。立體感強，成像清晰和寬闊，又具有長工作距離，并是適用范圍非常廣泛的常規(guī)顯微鏡。它操作方便、直觀、檢定效率高,適用于電子工業(yè)生產(chǎn)線的檢驗、印刷線路板的檢定、印刷電路組件中出現(xiàn)的焊接缺陷(印刷錯位、塌邊等)的檢定、單板PC的檢定、真空熒光顯示屏VFD的檢定等等,它將實物的圖像放大后顯示在計算機的屏幕上，可以將圖片保存，放大，打印。