光学显微镜的原理

显微镜是研究微生物学的重要工具，显微镜是由两组会聚透镜组成的光学折射成像系统，是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，供人们提取物质微细结构信息的光学仪器。光学显微镜主要由物镜、目镜、光源、样品台等组成。

光学显微镜的原理

一、折射和折射率

光线在均匀的各向同性介质中，两点之间以直线传播，当通过不同密度介质的透明物体时，则发生折射现像，这是由于光在不同介质的传播速度不同造成的。当与透明物面不垂直的光线由空气射入透明物体（如玻璃）时，光线在其介面改变了方向，并和法线构成折射角。

二、透镜的性能

透镜是组成显微镜光学系统的最基本的光学元件，物镜、目镜及聚光镜等部件均由单个和多个透镜组成。依其外形的不同，可分为凸透镜（正透镜）和凹透镜（负透镜）两大类。

当一束平行于光轴的光线通过凸透镜后相交于一点，这个点称“焦点”，通过交点并垂直光轴的平面，称“焦平面”。焦点有两个，在物方空间的焦点，称“物方焦点”，该处的焦平面，称“物方焦平面”；反之，在像方空间的焦点，称“像方焦点”，该处的焦平面，称“像方焦平面”。

光线通过凹透镜后，成正立虚像，而凸透镜则成正立实像。实像可在屏幕上显现出来，而虚像不能。

三、显微镜的成像（几何成像）原理

显微镜之所以能将被检物体进行放大，是通过透镜来实现的。单透镜成像具有像差，严重影响成像质量。因此显微镜的主要光学部件都由透镜组合而成。从透镜的性能可知，只有凸透镜才能起放大作用，而凹透镜不行。显微镜的物镜与目镜虽都由透镜组合而成，但相当于一个凸透镜。

为便于了解显微镜的放大原理，简要说明一下凸透镜的5种成像规律：

（1） 当物体位于透镜物方二倍焦距以外时，则在像方二倍焦距以内、焦点以外形成缩小的倒立实像；

（2） 当物体位于透镜物方二倍焦距上时，则在像方二倍焦距上形成同样大小的倒立实像；

（3） 当物体位于透镜物方二倍焦距以内，焦点以外时，则在像方二倍焦距以外形成放大的倒立实像；

（4） 当物体位于透镜物方焦点上时，则像方不能成像；

（5） 当物体位于透镜物方焦点以内时，则像方也无像的形成，而在透镜物方的同侧比物体远的位置形成放大的直立虚像。

光学显微镜的使用步骤

1、取镜和安放

①右手握住镜臂，左手托住镜座。

②把显微镜放在实验台上，略偏左。安装好目镜和物镜。

2、对光

①转动转换器，使低倍物镜对准通光孔。注意，物镜的前端与载物台要保持2厘米的距离。

②把一个较大的光圈对准通光孔。左眼注视目镜内，右眼睁开，便于以后观察画图。转动反光镜，看到明亮视野。

3、观察和整理

①安装装片：把所要观察的载玻片放到载物台上，用压片夹压住，标本要正对通光孔。

②调焦：转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，眼睛看着物镜以免物镜碰到玻片标本，直到物镜接近载玻片。这时左眼向目镜内看，同时反向转动粗准焦，使镜筒缓缓上升，直到找到物象，物象不清晰，再调节细准焦螺旋，使物象更加清晰，最后整理实验台。

光学显微镜的分类

（一）按使用目镜的数目可分为单目、双目和三目显微镜。

单目价格比较便宜，可以作为初学爱好者的选择，双目稍贵点，观察的时候两眼可以同时观察，观察得舒适些，三目又多了一目，它的作用主要是连接数码相机或电脑用，比较适合长时间工作的人员选用。

（二）根据其用途以及应用范围分为生物显微镜、金相显微镜、体视显微镜等。

1、生物显微镜是最常见的一种显微镜，在很多实验室中都可以见到，主要是用来观察生物切片、生物细胞、细菌以及活体组织培养、流质沉淀等的观察和研究，同时可以观察其他透明或者半透明物体以及粉末、细小颗粒等物体。生物显微镜供医疗卫生单位、高等院校、研究所用于微生物、细胞、细菌、组织培养、悬浮体、沉淀物等的观察，可连续观察细胞、细菌等在培养液中繁殖分裂的过程等。在细胞学、寄生虫学、肿瘤学、免疫学、遗传工程学、工业微生物学、植物学等领域中应用广泛。

2、体视显微镜又称为实体显微镜、立体显微镜，解剖镜，是一种具有正像立体感的目视仪器，广泛的应用于生物学、医学、农林等。它具有两个完整的光路，所以观察时物体呈现立体感。主要用途有：

①作为动物学、植物学、昆虫学、组织学、考古学等的研究和解剖工具。②做纺织工业中原料及棉毛织物的检验。

③在电子工业，做晶体等装配工具。

④对各种材料气孔形状腐蚀情况等表面现象的检查。

⑤对文书纸币的真假判断。

⑥透镜、棱镜或其它透明物质的表面质量，以及精密刻度的质量检查等。