什麼是超精密光電儀器

❶ 關於光學顯微鏡

光學顯微鏡
開放分類： 設備、光學、機械、顯微鏡

光學顯微鏡是利用光學原理，把人眼所不能分辨的微小物體放大成像，以供人們提取微細結構信息的光學儀器。

早在公元前一世紀，人們就已發現通過球形透明物體去觀察微小物體時，可以使其放大成像。後來逐漸對球形玻璃表面能使物體放大成像的規律有了認識。

1590年，荷蘭和義大利的眼鏡製造者已經造出類似顯微鏡的放大儀器。1610年前後，義大利的伽利略和德國的開普勒在研究望遠鏡的同時，改變物鏡和目鏡之間的距離，得出合理的顯微鏡光路結構，當時的光學工匠遂紛紛從事顯微鏡的製造、推廣和改進。

17世紀中葉，英國的胡克和荷蘭的列文胡克，都對顯微鏡的發展作出了卓越的貢獻。1665年前後，胡克在顯微鏡中加入粗動和微動調焦機構、照明系統和承載標本片的工作台。這些部件經過不斷改進，成為現代顯微鏡的基本組成部分。

1673～1677年期間，列文胡克製成單組元放大鏡式的高倍顯微鏡，其中九台保存至今。胡克和列文胡克利用自製的顯微鏡，在動、植物機體微觀結構的研究方面取得了傑出的成就。

19世紀，高質量消色差浸液物鏡的出現，使顯微鏡觀察微細結構的能力大為提高。1827年阿米奇第一個採用了浸液物鏡。19世紀70年代，德國人阿貝奠定了顯微鏡成像的古典理論基礎。這些都促進了顯微鏡製造和顯微觀察技術的迅速發展，並為19世紀後半葉包括科赫、巴斯德等在內的生物學家和醫學家發現細菌和微生物提供了有力的工具。

在顯微鏡本身結構發展的同時，顯微觀察技術也在不斷創新：1850年出現了偏光顯微術；1893年出現了干涉顯微術；1935年荷蘭物理學家澤爾尼克創造了相襯顯微術，他為此在1953年獲得了諾貝爾物理學獎。

古典的光學顯微鏡只是光學元件和精密機械元件的組合，它以人眼作為接收器來觀察放大的像。後來在顯微鏡中加入了攝影裝置，以感光膠片作為可以記錄和存儲的接收器。現代又普遍採用光電元件、電視攝象管和電荷耦合器等作為顯微鏡的接收器，配以微型電子計算機後構成完整的圖象信息採集和處理系統。

表面為曲面的玻璃或其他透明材料製成的光學透鏡可以使物體放大成像，光學顯微鏡就是利用這一原理把微小物體放大到人眼足以觀察的尺寸。近代的光學顯微鏡通常採用兩級放大，分別由物鏡和目鏡完成。被觀察物體位於物鏡的前方，被物鏡作第一級放大後成一倒立的實象，然後此實像再被目鏡作第二級放大，成一虛象，人眼看到的就是虛像。而顯微鏡的總放大倍率就是物鏡放大倍率和目鏡放大倍率的乘積。放大倍率是指直線尺寸的放大比，而不是面積比。

光學顯微鏡的組成結構

光學顯微鏡一般由載物台、聚光照明系統、物鏡，目鏡和調焦機構組成。載物台用於承放被觀察的物體。利用調焦旋鈕可以驅動調焦機構，使載物台作粗調和微調的升降運動，使被觀察物體調焦清晰成象。它的上層可以在水平面內沿作精密移動和轉動，一般都把被觀察的部位調放到視場中心。

聚光照明系統由燈源和聚光鏡構成，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。

物鏡位於被觀察物體附近，是實現第一級放大的鏡頭。在物鏡轉換器上同時裝著幾個不同放大倍率的物鏡，轉動轉換器就可讓不同倍率的物鏡進入工作光路，物鏡的放大倍率通常為5～100倍。

物鏡是顯微鏡中對成象質量優劣起決定性作用的光學元件。常用的有能對兩種顏色的光線校正色差的消色差物鏡；質量更高的還有能對三種色光校正色差的復消色差物鏡；能保證物鏡的整個像面為平面，以提高視場邊緣成像質量的平像場物鏡。高倍物鏡中多採用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標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解析度。

目鏡是位於人眼附近實現第二級放大的鏡頭，鏡放大倍率通常為5～20倍。按照所能看到的視場大小，目鏡可分為視場較小的普通目鏡，和視場較大的大視場目鏡(或稱廣角目鏡)兩類。

載物台和物鏡兩者必須能沿物鏡光軸方向作相對運動以實現調焦，獲得清晰的圖像。用高倍物鏡工作時，容許的調焦范圍往往小於微米，所以顯微鏡必須具備極為精密的微動調焦機構。

顯微鏡放大倍率的極限即有效放大倍率，顯微鏡的解析度是指能被顯微鏡清晰區分的兩個物點的最小間距。解析度和放大倍率是兩個不同的但又互有聯系的概念。

當選用的物鏡數值孔徑不夠大，即解析度不夠高時，顯微鏡不能分清物體的微細結構，此時即使過度地增大放大倍率，得到的也只能是一個輪廓雖大但細節不清的圖像，稱為無效放大倍率。反之如果解析度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。所以為了充分發揮顯微鏡的分辨能力，應使數值孔徑與顯微鏡總放大倍率合理匹配。

聚光照明系統是對顯微鏡成像性能有較大影響，但又是易於被使用者忽視的環節。它的功能是提供亮度足夠且均勻的物面照明。聚光鏡發來的光束應能保證充滿物鏡孔徑角，否則就不能充分利用物鏡所能達到的最高解析度。為此目的，在聚光鏡中設有類似照相物鏡中的 ，可以調節開孔大小的可變孔徑光闌，用來調節照明光束孔徑，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(稱亮視場照明)或暗背景上的亮物點(稱暗視場照明)等不同的觀察方式，以便在不同情況下更好地發現和觀察微細結構。

光學顯微鏡的分類

光學顯微鏡有多種分類方法：按使用目鏡的數目可分為雙目和單目顯微鏡；按圖像是否有立體

感可分為立體視覺和非立體視覺顯微鏡；按觀察對像可分為生物和金相顯微鏡等；按光學原理可分為偏光，相襯和微差干涉對比顯微鏡等；按光源類型可分為普通光、熒光、紅外光和激光顯微鏡等；按接收器類型可分為目視、攝影和電視顯微鏡等。常用的顯微鏡有雙目體視顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡、紫外熒光顯微鏡等。

雙目體視顯微鏡是利用雙通道光路，為左右兩眼提供一個具有立體感的圖像。它實質上是兩個單鏡筒顯微鏡並列放置，兩個鏡筒的光軸構成相當於人們用雙目觀察一個物體時所形成的視角，以此形成三維空間的立體視覺圖像。雙目體視顯微鏡在生物、醫學領域廣泛用於切片操作和顯微外科手術；在工業中用於微小零件和集成電路的觀測、裝配、檢查等工作。

金相顯微鏡是專門用於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於前者以反射光，而後者以透射光照明。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，被物面反射後再返回物鏡成像。這種反射照明方式也廣泛用於集成電路矽片的檢測工作。

紫外熒光顯微鏡是用紫外光激發熒光來進行觀察的顯微鏡。某些標本在可見光中覺察不到結構細節，但經過染色處理，以紫外光照射時可因熒光作用而發射可見光，形成可見的圖像。這類顯微鏡常用於生物學和醫學中。

電視顯微鏡和電荷耦合器顯微鏡是以電視攝像靶或電荷耦合器作為接收元件的顯微鏡。在顯微鏡的實像面處裝入電視攝像靶或電荷耦合器取代人眼作為接收器，通過這些光電器件把光學圖像轉換成電信號的圖像，然後對之進行尺寸檢測、顆粒計數等工作。這類顯微鏡的 可以與計算機聯用，這便於實現檢測和信息處理的自動化，多應用於需要進行大量繁瑣檢測工作的場合。

掃描顯微鏡是成像光束能相對於物面作掃描運動的顯微鏡 。在掃描顯微鏡中依靠縮小視場來保證物鏡達到最高的解析度，同時用光學或機械掃描的方法，使成像光束相對於物面在較大視場范圍內進行掃描，並用信息處理技術來獲得合成的大面積圖像信息。這類顯微鏡適用於需要高解析度的大視場圖像的觀測。粗准焦螺旋：大范圍上下調動鏡筒。
細准焦螺旋：小范圍上下調動鏡筒。

另外
顯微鏡是一種精密的光學儀器，已有300多年的發展史。自從有了顯微鏡，人們看到了過去看不到的許多微小生物和構成生物的基本單元——細胞。目前，不僅有能放大千餘倍的光學顯微鏡，而且有放大幾十萬倍的電子顯微鏡，使我們對生物體的生命活動規律有了更進一步的認識。在普通中學生物教學大綱中規定的實驗中，大部分要通過顯微鏡來完成，因此，顯微鏡性能的好壞是做好觀察實驗的關鍵。

一、顯微鏡的光學系統

顯微鏡的光學系統主要包括物鏡、目鏡、反光鏡和聚光器四個部件。廣義的說也包括照明光源、濾光器、蓋玻片和載玻片等。

（一）、物鏡

物鏡是決定顯微鏡性能的最重要部件，安裝在物鏡轉換器上，接近被觀察的物體，故叫做物鏡或接物鏡。

1、物鏡的分類

物鏡根據使用條件的不同可分為乾燥物鏡和浸液物鏡；其中浸液物鏡又可分為水浸物鏡和油浸物鏡（常用放大倍數為90—100倍）。

根據放大倍數的不同可分為 低倍物鏡（10倍以下）、中倍物鏡（20倍左右）高倍物鏡（40—65倍）。

根據像差矯正情況，分為消色差物鏡（常用，能矯正光譜中兩種色光的色差的物鏡）和復色差物鏡（能矯正光譜中三種色光的色差的物鏡，價格貴，使用少）。

2、物鏡的主要參數：

物鏡主要參數包括：放大倍數、數值孔徑和工作距離。

①、放大倍數是指眼睛看到像的大小與對應標本大小的比值。它指的是長度的比值而不是面積的比值。例：放大倍數為100×，指的是長度是1μm的標本，放大後像的長度是100μm，要是以面積計算，則放大了10,000倍。

顯微鏡的總放大倍數等於物鏡和目鏡放大倍數的乘積。

②、數值孔徑也叫鏡口率，簡寫NA 或A，是物鏡和聚光器的主要參數，與顯微鏡的分辨力成正比。乾燥物鏡的數值孔徑為0.05-0.95，油浸物鏡（香柏油）的數值孔徑為1.25。

③、工作距離是指當所觀察的標本最清楚時物鏡的前端透鏡下面到標本的蓋玻片上面的距離。物鏡的工作距離與物鏡的焦距有關，物鏡的焦距越長，放大倍數越低，其工作距離越長。例：10倍物鏡上標有10/0.25和160/0.17，其中10為物鏡的放大倍數；0.25為數值孔徑；160為鏡筒長度（單位mm）；0.17為蓋玻片的標准厚度（單位 mm）。10倍物鏡有效工作距離為6.5mm，40倍物鏡有效工作距離為0.48mm 。

3、物鏡的作用是將標本作第一次放大，它是決定顯微鏡性能的最重要的部件——分辨力的高低。

分辨力也叫解析度或分辨本領。分辨力的大小是用分辨距離（所能分辨開的兩個物點間的最小距離）的數值來表示的。在明視距離（25cm）之處，正常人眼所能看清相距0.073mm的兩個物點，這個0.073mm的數值，即為正常人眼的分辨距離。顯微鏡的分辨距離越小，即表示它的分辨力越高，也就是表示它的性能越好。

顯微鏡的分辨力的大小由物鏡的分辨力來決定的，而物鏡的分辨力又是由它的數值孔徑和照明光線的波長決定的。

當用普通的中央照明法（使光線均勻地透過標本的明視照明法）時，顯微鏡的分辨距離為d=0.61λ/NA

式中d——物鏡的分辨距離，單位 nm。

λ——照明光線波長，單位 nm。

NA ——物鏡的數值孔徑

例如油浸物鏡的數值孔徑為1.25，可見光波長范圍為400—700nm ，取其平均波長550 nm，則d=270 nm，約等於照明光線波長一半。一般地，用可見光照明的顯微鏡分辨力的極限是0.2μm。

（二）、目鏡

因為它靠近觀察者的眼睛，因此也叫接目鏡。安裝在鏡筒的上端。

1、目鏡的結構

通常目鏡由上下兩組透鏡組成，上面的透鏡叫做接目透鏡，下面的透鏡叫做會聚透鏡或場鏡。上下透鏡之間或場鏡下面裝有一個光闌（它的大小決定了視場的大小），因為標本正好在光闌面上成像，可在這個光闌上粘一小段毛發作為指針，用來指示某個特點的目標。也可在其上面放置目鏡測微尺，用來測量所觀察標本的大小。

目鏡的長度越短，放大倍數越大（因目鏡的放大倍數與目鏡的焦距成反比）。

2、目鏡的作用

是將已被物鏡放大的，分辨清晰的實像進一步放大，達到人眼能容易分辨清楚的程度。

常用目鏡的放大倍數為5—16倍。

3、目鏡與物鏡的關系

物鏡已經分辨清楚的細微結構，假如沒有經過目鏡的再放大，達不到人眼所能分辨的大小，那就看不清楚；但物鏡所不能分辨的細微結構，雖然經過高倍目鏡的再放大，也還是看不清楚，所以目鏡只能起放大作用，不會提高顯微鏡的解析度。有時雖然物鏡能分辨開兩個靠得很近的物點，但由於這兩個物點的像的距離小於眼睛的分辨距離，還是無法看清。所以，目鏡和物鏡即相互聯系，又彼此制約。

（三）、聚光器

聚光器也叫集光器。位於標本下方的聚光器支架上。它主要由聚光鏡和可變光闌組成。其中，聚光鏡可分為明視場聚光鏡（普通顯微鏡配置）和暗視場聚光鏡。

1、光鏡的主要參數

數值孔徑（NA ）是聚光鏡的主要參數，最大數值孔徑一般是1.2—1.4，數值孔徑有一定的可變范圍，通常刻在上方透鏡邊框上的數字是代表最大的數值孔徑，通過調節下部可變光闌的開放程度，可得到此數字以下的各種不同的數值孔徑，以適應不同物鏡的需要。有的聚光鏡由幾組透鏡組成，最上面的一組透鏡可以卸掉或移出光路，使聚光鏡的數值孔徑變小，以適應低倍物鏡觀察時的照明。

2、聚光鏡的作用

聚光鏡的作用相當於凸透鏡，起會聚光線的作用，以增強標本的照明。一般地把聚光鏡的聚光焦點設計在它上端透鏡平面上方約1.25mm處。（聚光焦點正在所要觀察的標本上，載玻片的厚度為1.1mm左右）

3、可變光闌

可變光闌也叫光圈，位於聚光鏡的下方，由十幾張金屬薄片組成，中心部分形成圓孔。其作用是調節光強度和使聚光鏡的數值孔徑與物鏡的數值孔徑相適應。可變光闌開得越大，數值孔徑越大（觀察完畢後，應將光圈調至最大）。

在可變光闌下面，還有一個圓形的濾光片托架。

說明：在中學實驗室只有教師用顯微鏡（1600×或1500×）才配有聚光器，學生用顯微鏡（640×或500×）配的是旋轉光欄。緊貼在載物台下，能做圓周轉動的圓盤，旋轉光欄（也稱為遮光器），光欄上有大小不等的圓孔，叫光圈。直徑分別為2、3、6、12、16mm,轉動旋轉光欄，光欄上每個光圈都可以對正通光孔，通過大小不等的光圈來調節光線的強弱。

（四）反光鏡

反光鏡是一個可以隨意轉動的雙面鏡，直徑為50mm，一面為平面，一面為凹面，其作用是將從任何方向射來的光線經通光孔反射上來。平面鏡反射光線的能力較弱，是在光線較強時使用，凹面鏡反射光線的能力較強，是在光線較弱時使用。

反光鏡通常一面是平面鏡，另一面是凹面鏡，裝在聚光器下面，可以在水平與垂直兩個方向上任意旋轉。

反光鏡的作用是使由光源發出的光線或天然光射向聚光器。當用聚光器時一般用平面鏡，不用時用凹面鏡；當光線強時用平面鏡，弱時用凹面鏡。

觀察完畢後，應將反光鏡垂直放置。

（五）照明光源

顯微鏡的照明可以用天然光源或人工光源

1、天然光源

光線來自天空，最好是由白雲反射來的。不可利用直接照來的太陽光。

2、人工光源

①、對人工光源的基本要求：有足夠的發光強度；光源發熱不能過多。

②、常用的人工光源：顯微鏡燈；日光燈

（六）濾光器

安裝在光源和聚光器之間。作用是讓所選擇的某一波段的光線通過，而吸收掉其他的光線，即為了改變光線的光譜成分或削弱光的強度。分為兩大類：濾光片和液體濾光器。

（七）蓋玻片和載玻片

蓋玻片和載玻片的表面應相當平坦，無氣泡，無劃痕。最好選用無色，透明度好的，使用前應洗凈。

蓋玻片的標准厚度是0.17±0.02mm，如不用蓋玻片或蓋玻片厚度不合適，都回影響成像質量。

載玻片的標准厚度是1.1±0.04mm，一般可用范圍是1—1.2mm，若太厚會影響聚光器效能，太薄則容易破裂。

二、顯微鏡的機械裝置

顯微鏡的機械裝置是顯微鏡的重要組成部分。其作用是固定與調節光學鏡頭，固定與移動標本等。主要有鏡座、鏡臂、載物台、鏡筒、物鏡轉換器、與調焦裝置組成。

（一）、鏡座和鏡臂

1、鏡座 作用是支撐整個顯微鏡，裝有反光鏡，有的還裝有照明光源。

2、鏡臂 作用是支撐鏡筒和載物台。分固定、可傾斜兩種。

（二）、載物台（又稱工作台、鏡台）

載物台作用是安放載玻片，形狀有圓形和方形兩種，其中方形的面積為120mm×110mm。中心有一個通光孔，通光孔後方左右兩側各有一個安裝壓片夾用的小孔。分為固定式與移動式兩種。有的載物台的縱橫坐標上都裝有游標尺，一般讀數為0.1mm，游標尺可用來測定標本的大小，也可用來對被檢部分做標記。

（三）、鏡筒

鏡筒上端放置目鏡，下端連接物鏡轉換器。分為固定式和可調節式兩種。機械筒長（從目鏡管上緣到物鏡轉換器螺旋口下端的距離稱為鏡筒長度或機械筒長）不能變更的叫做固定式鏡筒，能變更的叫做調節式鏡筒，新式顯微鏡大多採用固定式鏡筒，國產顯微鏡也大多採用固定式鏡筒，國產顯微鏡的機械筒長通常是160mm。

安裝目鏡的鏡筒，有單筒和雙筒兩種。單筒又可分為直立式和傾斜式兩種，雙筒則都是傾斜式的。其中雙筒顯微鏡，兩眼可同時觀察以減輕眼睛的疲勞。雙筒之間的距離可以調節，而且其中有一個目鏡有屈光度調節（即視力調節）裝置，便於兩眼視力不同的觀察者使用。

（四）、物鏡轉換器

物鏡轉換器固定在鏡筒下端，有3—4個物鏡螺旋口，物鏡應按放大倍數高低順序排列。旋轉物鏡轉換器時，應用手指捏住旋轉碟旋轉，不要用手指推動物鏡，因時間長容易使光軸歪斜，使成像質量邊壞。

（五）、調焦裝置

顯微鏡上裝有粗准焦螺旋和細准焦螺旋。有的顯微鏡粗准焦螺旋與裝在同一軸上，大螺旋為粗准焦螺旋，小螺旋為細准焦螺旋；有的則分開安置，位於鏡臂的上端較大的一對螺旋為是粗准焦螺旋，其轉動一周，鏡筒上升或下降10mm。 位於粗准焦螺旋下方較小的一對螺旋為細准焦螺旋，其轉動一周，鏡筒升降值為0.1mm，細准焦螺旋調焦范圍不小於1.8mm。

三、顯微鏡及其部件的使用

1、使用單筒顯微鏡時，要養成用左眼觀察的習慣（因一般用右手畫圖），觀察時要兩眼同時睜開，不要睜一隻閉一隻，因為這樣易於疲勞。為了訓練學生習慣於兩眼同時睜開觀察，可剪一塊長約14cm，寬約6cm的長方形硬紙片，在靠近左端處挖一個直徑比鏡筒上端外徑略小的圓孔，把圓孔套在鏡筒上段，觀察時兩眼同時睜開，利用紙片的右端擋住右眼的視線，這樣訓練一段時間後，就能習慣於兩眼同時睜開，然後把紙片去掉。

2、直筒顯微鏡的鏡臂與鏡座連接處，是一個機械關節，可用於調節鏡筒的傾斜度，便於觀察，鏡臂不能過於後傾，一般不超過40°。但是在使用臨時裝片觀察時，禁止使用傾斜關節（當鏡筒傾斜時，載物台也隨之傾斜，載玻片上的液體易流出），尤其是裝片內含酸性試劑時嚴禁使用，以免污損鏡體。

3、目鏡和物鏡的使用

一般都是用一個放大倍數適中的目鏡（10×）和最低倍的物鏡開始觀察，逐步改用倍數較高的物鏡，從中找到符合實驗要求的放大倍數。

轉換物鏡時，先用低倍鏡觀察，調節到正確的工作距離（成像最清晰）。如果進一步使用高倍物鏡觀察，應在轉換高倍物鏡之前，把物像中需要放大觀察的部分移至視野中央（將低倍物鏡轉換成高倍物鏡觀察時，視野中的物像范圍縮小了很多）。低倍物鏡和高倍物鏡基本齊焦（同高調焦），在用低倍物鏡觀察清晰時，換高倍物鏡應可以見到物像，但物像不一定很清晰，可以轉動細准焦螺旋進行調節。

通常認為，使用任何一個物鏡時，有效放大倍數的上限是1，000乘它的數值孔徑，下限是250乘它的數值孔徑。如40×物鏡的數值孔徑是0.65，則上、下限分別為：1000×0.65=650倍和250×0.65≈163倍，超過有效放大倍數上限的叫做無效放大，不能提高觀察效果。低於下限的放大倍數則人眼無法分辨，不利於觀察。一般最實用的放大倍數范圍是500—700乘數值孔徑之間的數字。

4、油浸物鏡的使用

使用油浸物鏡時，一般不要使用同高調焦。同高調焦只適用於每台顯微鏡的原配物鏡，在使用低倍和高倍物鏡時，是一個極有利的方便條件，但在使用油浸物鏡時，則受到一定限制，一般地說，用油鏡觀察未加蓋玻片的標本片（載玻片）時，利用同高調焦的安全度較大，而對於有蓋玻片的標本片，要小心使用，因為油浸物鏡的工作距離很短，在設計和裝配時所考慮的同高是對標准厚度蓋玻片的。

用油浸物鏡時，只在標本片上滴香柏油。觀察完畢後，要及時進行清潔工作，如不及時進行，香柏油粘上灰塵，擦拭時灰塵粒子可能磨損透鏡，香柏油在空氣中暴露時間長，還會變稠、變干，擦拭很困難，對儀器很不利。擦拭要細心，動作要輕。油浸物鏡前端先用乾的擦鏡紙擦一兩次，把大部分油去掉，再用二甲苯滴濕的擦鏡紙擦兩次，最後再用乾的擦鏡紙擦一次。標本片上的香柏油可用「拉紙法」（即把一小張擦鏡紙蓋在香柏油上，然後在紙上滴一些二甲苯，趁濕把紙往外拉，這樣連續三四次，即可干凈，一般不會損壞未加蓋玻片的塗片標本）擦凈。擦鏡紙也要防塵，一般在使用前，將每頁剪成8小塊，貯存在一個干凈的小培養皿中，用起來既節省又方便。

5、聚光器的使用方法

①、使用聚光器的原因

當放大倍數增加時，一方面由於放大倍數越高，透鏡數目越多，被透鏡吸收的光線也越多；另一方面由於視場（指的是所能看到被檢標本的范圍）的亮度與放大倍數的平方成反比，即放大倍數越高，視場越暗。為了得到足夠的亮度，必須安裝聚光器，把光線集中到所要觀察的標本上。

②、觀察時聚光器應處的高度

觀察時，要保證得到最好的觀察效果，聚光器的聚光焦點應正好落在標本上。要實現這個條件，就必須調節聚光器的高度。當用平行光照明時，聚光器的聚光焦點是在它上端透鏡平面中心上方約1.25mm之處，因此，人們常常要求在觀察時將聚光器上升到它上端透鏡平面僅稍稍低於載物台平面的高度，這樣聚光焦點就可能落到位於標准厚度載玻片上的標本上。當使用比標准厚度薄的載玻片來承放標本時，聚光器的位置要相應地降低一些，而當使用過厚地載玻片時，聚光焦點只能落在標本下方，不利於精細的觀察。

③、聚光器與物鏡的配合

這里所謂的配合，就是使聚光器和物鏡這兩者的數值孔徑取得一致，以更好的進行較為精細的觀察。假如聚光器的數值孔徑低於物鏡，那物鏡的部分數值孔徑就浪費了，從而達不到它的最高分辨力。假如把聚光器的數值孔徑大於物鏡的數值孔徑，則一方面不能提高物鏡的規定分辨力，另一方面反會由於照明光束過寬，使物象的清晰度下降。聚光器與物鏡配合的操作方法是：在完成照明、調焦操作後，取下目鏡直接向鏡筒中看，把聚光器下的可變光闌關到最小，再慢慢地開大。開到它的口徑與所見視場的直徑恰好一樣大，然後按上目鏡，即可進行觀察。每轉換一次物鏡，都要隨著進行依次這樣的配合操作。有的聚光器可變光闌的邊框上刻有表示開啟口徑的尺度，可以根據刻度來進行配合。

歷史上顯微鏡的發明和顯微鏡的每一次創新都給人類的認知帶來了飛躍式的發展；給人類的生活帶來了空前的拓展。在提倡科技創新的今天，顯微鏡的使用已經成為中學生的一項基本技能，掌握結構，科學使用，良好維護，使之成為廣大青少年探索未來世界的一個窗口。

❷ 精密測量儀器有哪些

精密測量儀器分類如下：
長度幾何量測量儀器：三坐標測量機，萬能角度測量儀，齒輪測量儀，長度測量儀，萬能工具顯微鏡，表面粗糙度測量儀，輪廓測量儀，光學投影儀，圓度（圓柱度）測量儀，凸輪軸（曲軸）測量儀，滾刀測量儀，激光測長機，等等。
電學測量儀器：電壓，電阻，電流等測量儀器，
工程力學測量儀器：萬能測力（拉力、壓力）計，度量衡稱重儀器等。
光學測量儀器：顯微鏡，經緯儀，光學轉台，影象測量儀，光學頻普測量儀，準直光管等。
聲學、材料、金相、物理、化學等分析測量儀器等

❸ 哈工大的測控技術與儀器專業好嗎就業怎樣啊

好專業，在電氣工程及其自動化學院自動化測試於控制系
測控技術與儀器今年開始才分方向招生，分為電磁測量與精密儀器，也就是平常所謂的偏光偏電。這個專業和光電信息工程很相似，只不過光電信息工程進一步加強了光類的課程。
這個專業實力很強，有很多知名學者教授，比如譚久斌，蒲少邦，車人生。其中超精密光電儀器工程研究所實力超群。
這個專業的課程主要由光類，電類，機械類，控制類，
計算機類構成，就業面廣，應用性強

❹ 感測器及其工作原理

我來答；感測器及其工作原理 精密管感測器（Sensor）是一種轉換物理量、化學量或生理量等非電信號為電信號的設備，其主要作用是將外部的環境變化轉化成為數字或模擬電信號，以便計算機、微處理器等數字電子設備能夠進行識別、處理和控制。

精密管感測器 工作原理：感測器通常由專門設計的物理量敏感元件、信號轉換電路和處理電路等多個部分組成。其總體工作流程如下：感受外部物理量：精密管感測器 的敏感元件接觸外部物理量，例如壓力感測器中的壓阻材料、溫度感測器中的熱敏電阻等。這些敏感元件能夠感受茄祥到外界的壓力、溫度、濕度、電場、磁場等特定物理量，並將其轉化為相應的電信號輸出。信號轉換。

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我來答；精密管感測器 的信號轉換器可以將上述輸出的電信號轉換為更適合處理和控制系統的信號類型。這些信號類型包括模擬電壓/電流信號、數字脈沖信號等。 處理和放大：轉換後的信號被送入感測器的處理電路板，可能需使用濾波電路來實現信號去噪，增益電路可以使得處理後的信號更加精確擬合所需的控制器。 輸出結果：最終感測器將處理後的信號輸出給計算機、微處理器等數字電子設備進行數據處理和控制。通過對感測器輸出數據的分析和解釋，可使數字化設備實現對外界環境的感知和響應。基於不同的工作原理和物理敏感元件的不同選擇，我們可以將常見的感測器劃分成以下幾類： 化學感測器：用於檢測氣體或液體中特定的化學物質，例如二氧化碳感測器、氧氣感測器等。其敏感元件通常使用電化學電池、半導體材料等。 光學感測器：利用光學原理檢測被測物的光學性質，包括反射、透射、吸收等，例如光電傳晌蔽感器、 紅外感測器等。 聲音感測器：用於感知周圍的聲音變化，輸入到相關設備進行信號處理和控制。 位移感測器：用於檢測物體的位置或運動狀態，例如磁電感應位移感測器、壓電位移感測器等。 測量感測器：用於測量物體的大小、重量或形狀等特徵，常見的有血壓感測器、體重計等。綜上所述，精密管感測器 是一類轉換物理量為電信號的設備。它們通過敏感元件感知外部環境的變化，並通過轉換和處理電路將其轉化為數字或模擬電信號輸出給計算機等數字電子設備進行控制和處理。

❺ 光學顯微鏡和電子顯微鏡的原理

光學顯微鏡的組成結構

光學顯微鏡包括光學系統和機械裝置兩大部分，而數碼顯微鏡還包括數碼攝像系統，現分述如下：

（一）機械裝置

1．機架顯微鏡的主體部分，包括底座和彎臂。

2．目鏡筒位於機架上方，靠圓形燕尾槽與機架固定，目鏡插在其上。根據有否攝像功能，可分為雙目鏡筒和三目鏡筒；根據瞳距的調節方式不同，可分為鉸鏈式和平移式。

3．物鏡轉換器它是一個旋轉圓盤，上有3～5個孔，分別裝有低倍或高倍物鏡鏡頭。轉動物鏡轉換器就可讓不同倍率的物鏡進入工作光路。

4．載物台是放置玻片的平台，其中央具有通光孔。台上有一個彈性的標本夾，用來夾住載玻片。右下方有移動手柄，使載物檯面可在XY雙方向進行移動。

5．調焦機構利用調焦手輪可以驅動調焦機構，使載物台作粗調和微調的升降運動，從而使被觀察物體對焦清晰成像。

6．聚光器調節機構聚光器安裝在其上，調節螺旋可以使聚光器升降，用以調節光線的強弱。

（二）光學系統

1．目鏡它是插在目鏡筒頂部的鏡頭，由一組透鏡組成，可以使物鏡成倍地分辨、放大物像，例如10X、15X等。按照所能看到的視場大小，目鏡可分為視場較小的普通目鏡，和視場較大的大視場目鏡(或稱廣角目鏡)兩類。較高檔顯微鏡的目鏡上還裝有視度調節機構，操作者可以方便快捷地對左右眼分別進行視度調整；此外，在這些目鏡上可以加裝測量分劃板，測量分劃板的象總能清晰地調焦在標本的焦面上；並且，為了防止目鏡被取走以及減少運輸中被損壞的可能性，這些目鏡可以被鎖定。

2．物鏡它安裝在轉換器的孔上，也是由一組透鏡組成的，能夠把物體清晰地放大。物鏡上刻有放大倍數，主要有10X、40X、60X、100X等。高倍物鏡中多採用浸液物鏡，即在物鏡的下表面和標本片的上表面之間填充折射率為1.5左右的液體（如杉木油），它能顯著的提高顯微觀察的解析度。

3．光源有鹵素燈、鎢絲燈、汞燈、熒光燈、金屬鹵化物燈等。

4．聚光器包括聚光鏡、孔徑光闌。聚光鏡由透鏡組成，它可以集中透射過來的光線，使更多的光能集中到被觀察的部位。孔徑光闌可控制聚光器的通光范圍，用以調節光的強度。

（三）數碼攝像系統

1．攝像頭

2．圖像採集卡

3．軟體

4．微機

五、光學顯微鏡的分類

光學顯微鏡有多種分類方法：按使用目鏡的數目可分為雙目和單目顯微鏡；按圖像是否有立體感可分為立體視覺和非立體視覺顯微鏡；按觀察對像可分為生物和金相顯微鏡等；按光學原理可分為偏光、相襯和微差干涉對比顯微鏡等；按光源類型可分為普通光、熒光、紫外光、紅外光和激光顯微鏡等；按接收器類型可分為目視、數碼（攝像）顯微鏡等。常用的顯微鏡有雙目體視顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡、熒光顯微鏡等。

1．雙目體視顯微鏡

雙目體視顯微鏡又稱"實體顯微鏡"或"解剖鏡"，是一種具有正象立體感地目視儀器。在生物、醫學領域廣泛用於切片操作和顯微外科手術；在工業中用於微小零件和集成電路的觀測、裝配、檢查等工作。它具有如下特點：

（1）利用雙通道光路，雙目鏡筒中的左右兩光束不是平行，而是具有一定的夾角--體視角（一般為12度--15度），為左右兩眼提供一個具有立體感的圖像。它實質上是兩個單鏡筒顯微鏡並列放置，兩個鏡筒的光軸構成相當於人們用雙目觀察一個物體時所形成的視角，以此形成三維空間的立體視覺圖像。

（2）象是直立的，便於操作和解剖，這是由於在目鏡下方的棱鏡把象倒轉過來的緣故。

（3）雖然放大率不如常規顯微鏡，但其工作距離很長。

（4）焦深大，便於觀察被檢物體的全層。

（5）視場直徑大。

目前體視鏡的光學結構是：由一個共用的初級物鏡，對物體成象後的兩光束被兩組中間物鏡----變焦鏡分開，並成一體視角再經各自的目鏡成象，它的倍率變化是由改變中間鏡組之間的距離而獲得的，因此又稱為"連續變倍體視顯微鏡"（Zoom-stereomicroscope）。隨著應用的要求，目前體視鏡可選配豐富的選購附件，如熒光，照相，攝象，冷光源等等。

2．金相顯微鏡

金相顯微鏡是專門用於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於前者以反射光，而後者以透射光照明。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，被物面反射後再返回物鏡成像。這種反射照明方式也廣泛用於集成電路矽片的檢測工作。

3．偏光顯微鏡（Polarizingmicroscope）

偏光顯微鏡是用於研究所謂透明與不透明各向異性材料的一種顯微鏡。凡具有雙折射的物質，在偏光顯微鏡下就能分辨的清楚，當然這些物質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。

（1）偏光顯微鏡的特點

將普通光改變為偏振光進行鏡檢的方法，以鑒別某一物質是單折射（各向同行）或雙折射性（各向異性）。雙折射性是晶體的基本特性。因此，偏光顯微鏡被廣泛地應用在礦物、化學等領域，在生物學和植物學也有應用。

（2）偏光顯微鏡的基本原理

偏光顯微鏡的原理比較復雜，在此不作過多介紹,偏光顯微鏡必須具備以下附件：起偏鏡，檢偏鏡，補償器或相位片，專用無應力物鏡，旋轉載物台。

（3）偏光鏡檢術的方式

a.正相鏡檢（Orthscope）:又稱無畸變鏡檢，其特點是使用低倍物鏡，不用伯特蘭透鏡（BertrandLens）,被研究對象可直接用偏振光研究。同時為使照明孔徑變小，推開聚光鏡的上透鏡。正相鏡檢用於檢查物體的雙折射性。

b.錐光鏡檢（Conoscope）：又稱干涉鏡檢，研究在偏振光干涉時產生的干涉圖樣，這種方法用於觀察物體的單軸或雙軸性。在該方法中，用強會聚偏振光束照明。

（4）偏光顯微鏡在裝置上的要求

a.光源：最好採用單色光，因為光的速度，折射率，和干涉現象由於波長的不同而有差異。一般鏡檢可使用普通光。

b.目鏡：要帶有十字線的目鏡。

c.聚光鏡：為了取得平行偏光，應使用能推出上透鏡的搖出式聚光鏡。

d.伯特蘭透鏡：聚光鏡光路中的輔助部件，這是把物體所有造成的初級相放大為次級相的輔助透鏡。它可保證用目鏡來觀察在物鏡後焦平面中形成的平涉圖樣。

（5）偏光鏡檢術的要求

a.載物台的中心與光軸同軸。

b.起偏鏡和檢偏鏡應處於正交位置。

c.製片不宜過薄。

4．熒光顯微鏡

熒光顯微鏡是用短波長的光線照射用熒光素染色過的被檢物體，使之受激發後而產生長波長的熒光，然後觀察。熒光顯微鏡廣泛應用於生物，醫學等領域。

（1）熒光顯微鏡一般分為透射和落射式兩種類型。

a.透射式：激發光來自被檢物體的下方，聚光鏡為暗視野聚光鏡，使激發光不進入物鏡，而使熒光進入物鏡。它在低倍情況下明亮，而高倍則暗，在油浸和調中時，較難操作，尤以低倍的照明範圍難於確定，但能得到很暗的視野背景。透射式不使用於非透明的被檢物體。

b.落射式：透射式目前幾乎被淘汰，新型的熒光顯微鏡多為落射式，光源來自被檢物體的上方，在光路中具有分光鏡，所以對透明和不透明的被檢物體都適用。由於物鏡起了聚光鏡的作用，不僅便於操作，而且從低倍到高倍，可以實現整個視場的均勻照明。

（2）熒光鏡檢術的注意事項

a.激發光長時間的照射，會發生熒光的衰減和淬滅現象，因此盡可能縮短觀察時間，暫時不觀察時，應用擋板遮蓋激發光。

b.作油鏡觀察時，應用"無熒光油"。

c.熒光幾乎都較弱，應在較暗的室內進行。

d.電源最好裝穩壓器，否則電壓不穩不僅會降低汞燈的壽命，也會影響鏡檢的效果。

目前許多新興生物研究領域應用到熒光顯微鏡，如基因原位雜交（FISH）等等。

5．相襯顯微鏡（Phasecontrastmicroscope）

在光學顯微鏡的發展過程中，相襯鏡檢術的發明成功，是近代顯微鏡技術中的重要成就。我們知道，人眼只能區分光波的波長（顏色）和振幅（亮度），對於無色通明的生物標本，當光線通過時，波長和振幅變化不大，在明場觀察時很難觀察到標本。

相襯顯微鏡利用被檢物體的光程之差進行鏡檢，也就是有效地利用光的干涉現象，將人眼不可分辨的相位差變為可分辨的振幅差，即使是無色透明的物質也可成為清晰可見。這大大便利了活體細胞的觀察，因此相襯鏡檢法廣泛應用於倒置顯微鏡中。

相襯鏡檢法在裝置上與明場不同，有一些特殊要求：

a.環狀光闌（Ringslit）:裝在聚光鏡的下方，而與聚光鏡組合為一體---相襯聚光鏡。它是由大小不同的環形光闌裝在一圓盤內，外面標有10X、20X、40X、100X等字樣，與相對應倍數的物鏡配合使用。

b.相板（Phaseplate）:裝在物鏡的後焦平面處，它分為兩部分，一是通過直射光的部分，為半透明的環狀，叫共軛面；另一是通過衍射光的部分，?quot;補償面"。有相板的物鏡稱"相襯物鏡"，外殼上常有"Ph"字樣。

相襯鏡檢法是一種比較復雜的鏡檢方法，想要得到好的觀察效果，顯微鏡的調試非常重要。除此之外還應注意以下幾個方面：

a.光源要強，全部開啟孔徑光闌；

b.使用濾色片，使光波近於單色。

6．微分干涉對比顯微鏡（）

微分干涉對比鏡檢術出現於60年代，它不僅能觀察無色透明的物體，而且圖象呈現出浮雕壯的立體感，並具有相襯鏡檢術所不能達到的某些優點，觀察效果更為逼真。

（1）原理

微分干涉對比鏡檢術是利用特製的渥拉斯頓棱鏡來分解光束。分裂出來的光束的振動方向相互垂直且強度相等，光束分別在距離很近的兩點上通過被檢物體，在相位上略有差別。由於兩光束的裂距極小，而不出現重影現象，使圖象呈現出立體的三維感覺。

（2）微分干涉對比鏡檢術所需的特殊部件：

a.起偏鏡

b.檢偏鏡

c.渥拉斯頓棱鏡2塊

（3）微分干涉對比鏡檢時的注意事項

a.因微分干涉靈敏度高，製片表面不能有污物和灰塵。

b.具有雙折射性的物質，不能達到微分干涉對比鏡檢的效果。

c.倒置顯微鏡應用微分干涉時，不能用塑料培養皿。

7．倒置顯微鏡（Invertedmicroscope）

倒置顯微鏡是為了適應生物學、醫學等領域中的組織培養、細胞離體培養、浮游生物、環境保護、食品檢驗等顯微觀察。

由於上述樣品特點的限制，被檢物體均放置在培養皿（或培養瓶）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"。

由於工作距離的限制，倒置顯微鏡物鏡的最大放大率為60X。一般研究用倒置顯微鏡都配置有4X、10X、20X、及40X相差物鏡，因為倒置顯微鏡多用於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。

目見倒置顯微鏡廣泛應用於patch-clamp,transgeneICSI等領域。

8．數碼顯微鏡

數碼顯微鏡是以攝像頭（即電視攝像靶或電荷耦合器）作為接收元件的顯微鏡。在顯微鏡的實像面處裝入攝像頭取代人眼作為接收器，通過這種光電器件把光學圖像轉換成電信號的圖像，然後對之進行尺寸檢測、顆粒計數等工作。這類顯微鏡可以與計算機聯用，這便於實現檢測和信息處理的自動化，多應用於需要進行大量繁瑣檢測工作的場合。

六、光學顯微鏡的使用規程

（一）實驗時要把顯微鏡放在座前桌面上稍偏左的位置，鏡座應距桌沿6～7cm左右。

（二）打開光源開關，調節光強到合適大小。

（三）轉動物鏡轉換器，使低倍鏡頭正對載物台上的通光孔。先把鏡頭調節至距載物台1～2cm左右處，然後用左眼注視目鏡內，接著調節聚光器的高度，把孔徑光闌調至最大，使光線通過聚光器入射到鏡筒內，這時視野內呈明亮的狀態。

（四）將所要觀察的玻片放在載物台上，使玻片中被觀察的部分位於通光孔的正中央，然後用標本夾夾好載玻片。

（五）先用低倍鏡觀察（物鏡10X、目鏡10x）。觀察之前，先轉動粗動調焦手輪，使載物台上升，物鏡逐漸接近玻片。需要注意，不能使物鏡觸及玻片，以防鏡頭將玻片壓碎。然後，左眼注視目鏡內，同時右眼不要閉合（要養成睜開雙眼用顯微鏡進行觀察的習慣，以便在觀察的同時能用右眼看著繪圖），並轉動粗動調焦手輪，使載物台慢慢下降，不久即可看到玻片中材料的放大物像。

（六）如果在視野內看到的物像不符合實驗要求（物像偏離視野），可慢慢調節載物台移動手柄。調節時應注意玻片移動的方向與視野中看到的物像移動的方向正好相反。如果物像不甚清晰，可以調節微動調焦手輪，直至物像清晰為止。

（七）如果進一步使用高倍物鏡觀察，應在轉換高倍物鏡之前，把物像中需要放大觀察的部分移至視野中央（將低倍物鏡轉換成高倍物鏡觀察時，視野中的物像范圍縮小了很多）。一般具有正常功能的顯微鏡，低倍物鏡和高倍物鏡基本齊焦，在用低倍物鏡觀察清晰時，換高倍物鏡應可以見到物像，但物像不一定很清晰，可以轉動微動調焦手輪進行調節。

（八）在轉換高倍物鏡並且看清物像之後，可以根據需要調節孔徑光闌的大小或聚光器的高低，使光線符合要求（一般將低倍物鏡換成高倍物鏡觀察時，視野要稍變暗一些，所以需要調節光線強弱）。

（九）觀察完畢，應先將物鏡鏡頭從通光孔處移開，然後將孔徑光闌調至最大，再將載物台緩緩落下，並檢查零件有無損傷（特別要注意檢查物鏡是否沾水沾油，如沾了水或油要用鏡頭紙擦凈），檢查處理完畢後即可裝箱。

七、光學顯微鏡的維護

（一）必須熟練掌握並嚴格執行使用規程。

（二）取送顯微鏡時一定要一手握住彎臂，另一手托住底座。顯微鏡不能傾斜，以免目鏡從鏡筒上端滑出。取送顯微鏡時要輕拿輕放。

（三）觀察時，不能隨便移動顯微鏡的位置。

（四）凡是顯微鏡的光學部分，只能用特殊的擦鏡頭紙擦拭，不能亂用他物擦拭，更不能用手指觸摸透鏡，以免汗液玷污透鏡。

（五）保持顯微鏡的乾燥、清潔，避免灰塵、水及化學試劑的玷污。

（六）轉換物鏡鏡頭時，不要搬動物鏡鏡頭，只能轉動轉換器。

（七）切勿隨意轉動調焦手輪。使用微動調焦旋鈕時，用力要輕，轉動要慢，轉不動時不要硬轉。

（八）不得任意拆卸顯微鏡上的零件，嚴禁隨意拆卸物鏡鏡頭，以免損傷轉換器螺口，或螺口松動後使低高倍物鏡轉換時不齊焦。

（九）使用高倍物鏡時，勿用粗動調焦手輪調節焦距，以免移動距離過大，損傷物鏡和玻片。

（十）用畢送還前，必須檢查物鏡鏡頭上是否沾有水或試劑，如有則要擦拭乾凈，並且要把載物台擦拭乾凈，然後將顯微鏡放人箱內，並注意鎖箱。

電子顯微鏡按成象原理不同有透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡兩類。
透射電鏡成象原理與透射式光學顯微鏡完全相同，只不過是將可見光照明換成電子束照明，將玻璃透鏡換成電磁透鏡，將成象的毛玻璃換成熒光屏。由於成象透鏡總是對通過它的光波有衍射效應（相當於小孔衍射），衍射效應會使象變得模糊，影響透鏡的解析度。可以計算照明源的波長越短，衍射效應的影響越小。電鏡中使用的電子波的波長只是可見光的十萬分之一，這樣電鏡的解析度大大提高了。
掃描電鏡成象就完全不同了，它是利用細聚焦高能電子束在樣品表面掃描激發出各種物理信號，如二次電子、背反射電子等。通過相應的檢測器來檢測這些信號，再將其轉換為視頻信號來調制顯像管的亮度。由於信號的強度與樣品表面的形貌、成分有對應關系，那麼逐點在樣品上掃描一個面積，在顯像管上就相應獲得該面積樣品表面的形貌或成分的一副圖象。掃描的面積越小，放大倍數就越高。