上降哀通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 探索微观物质世界 第三讲 光学显微术的发展 上海交通大学 漏 分析测试中心 w 饶群力 SHANG 1日
探索微观物质世界 第三讲 光学显微术的发展 上海交通大学 分析测试中心 饶群力
上游充大学 玻璃透镜的发展 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 人类最早的玻璃大约公元前3700年前的古埃及人 制造 公元前4世纪玻璃球在雅典比较常见 公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业 材料 1280年眼镜被意大利佛罗伦萨的工匠们发明出来 18世纪制出光学玻璃 玻璃的发明为人们研究光的性质提供了有利的工 具
玻璃透镜的发展 人类最早的玻璃大约公元前3700年前的古埃及人 制造 公元前4世纪玻璃球在雅典比较常见 公元12世纪，出现了商品玻璃，并开始成为工业 材料 1280年眼镜被意大利佛罗伦萨的工匠们发明出来 18世纪制出光学玻璃 玻璃的发明为人们研究光的性质提供了有利的工 具
上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY ©人类第一次踏上微观物质世界的探索之路 光学显微镜的发明和应用
人类第一次踏上微观物质世界的探索之路 光学显微镜的发明和应用
上游充通大警 光学显微镜的起源 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1590年，荷兰眼镜商札恰里亚斯：詹森（或者荷兰科 学家汉斯·利珀希)发明显微镜，但并没有用它做过 任何重要的观察 1609年，伽利略根据显微镜原理发明望远镜，打开 近代天文学的大门 1665年，虎克用显微镜观察到植物细胞 1674年，列文虎克用自制的显微镜观察了动、植物 活细胞；他是描述金属枝晶的第一人 17世纪后半叶，荷兰物理学家惠更斯为进一 步提高显微镜和望远镜的性能作出很大 贡献，发明了惠更斯目镜 笛卡尔、牛顿等当时著名科学家都是透镜磨
光学显微镜的起源 1590年，荷兰眼镜商札恰里亚斯·詹森（或者荷兰科 学家汉斯·利珀希）发明显微镜，但并没有用它做过 任何重要的观察。 1609年，伽利略根据显微镜原理发明望远镜，打开 近代天文学的大门 1665年，虎克用显微镜观察到植物细胞 1674年，列文虎克用自制的显微镜观察了动、植物 活细胞 ；他是描述金属枝晶的第一人 17世纪后半叶，荷兰物理学家惠更斯为进一 步提高显微镜和望远镜的性能作出很大 贡献，发明了惠更斯目镜 笛卡尔、牛顿等当时著名科学家都是透镜磨制高手
上游充通大兽 光学显微镜的发展 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 1850年，出现偏光显微术（发现光的偏振特性) 1870年代，德国物理学家阿贝奠定了显微镜成像的古典理论 基础，出现了油浸物镜，显微镜的分辨率达到极限。 1886年，英国人索比(Henry Clifton Sorby)发明垂直照明方法， 成功观察到钢中的珠光体，由此开创了金相显微学。 1893年，出现了干涉显微术。 1928年，英国科学家申奇（E.H.Singe)首次提出近场光学的 构想，可以将分辨率由0.2微米提高到0.01微米；1984年，第 一台近场显微镜诞生 1935年，荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，并为此 在获得了1953年诺贝尔物理学奖（建立在相位体的概念上， 实现对组织细节的观测) 1957年，出现共聚焦激光扫描显微镜 (激光和扫描技术发展， 实现立体观测)
光学显微镜的发展 1850年，出现偏光显微术（发现光的偏振特性）。 1870年代，德国物理学家阿贝奠定了显微镜成像的古典理论 基础，出现了油浸物镜，显微镜的分辨率达到极限。 1886年， 英国人索比(Henry Clifton Sorby)发明垂直照明方法， 成功观察到钢中的珠光体，由此开创了金相显微学。 1893年，出现了干涉显微术。 1928年，英国科学家申奇（E.H.Singe）首次提出近场光学的 构想，可以将分辨率由0.2微米提高到0.01微米；1984年，第 一台近场显微镜诞生 1935年，荷兰物理学家泽尔尼克创造了相衬显微术，并为此 在获得了1953年诺贝尔物理学奖（建立在相位体的概念上， 实现对组织细节的观测）。 1957年，出现共聚焦激光扫描显微镜 （激光和扫描技术发展， 实现立体观测）
上游充通大兽 光学显微镜的分类 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 由传统生物显微镜演变成多种专用显微镜 ©按成像原理分类： ·1、几何光学显微镜：生物显微镜、落射光显微镜、 倒置显微镜、金相显微镜、暗视野显微镜 ·2、物理光学显微镜：相差显微镜、偏光显微镜、干 涉显微镜、相差荧光显微镜 ·3、信息转换显微镜：荧光显微镜、显微分光光度计、 图像分析显微镜、照相显微镜
光学显微镜的分类 由传统生物显微镜演变成多种专用显微镜 按成像原理分类： • 1、几何光学显微镜：生物显微镜、落射光显微镜、 倒置显微镜、金相显微镜、暗视野显微镜 • 2、物理光学显微镜：相差显微镜、偏光显微镜、干 涉显微镜、相差荧光显微镜 • 3、信息转换显微镜：荧光显微镜、显微分光光度计、 图像分析显微镜、照相显微镜
上游充通大兽 镜头色差问题 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 什么是色差？ 对不颜色的光，玻璃的折射率是不 同的。 一一一一一一一 Chromatic aberration
镜头色差问题 什么是色差？ 对不颜色的光，玻璃的折射率是不 同的
上游充通大兽 消色差透镜 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 消色差透镜出现 ·1733年，霍尔发现两种不同色差的玻璃，他想用这两 种透镜解决色差问题。 ·乔治巴斯的制镜商明白了两个镜头的作用，将复合镜 头用到了他生产的望远镜上，一直没申请专利。 ·1753年，制镜商多兰获取了这一秘方，成功研制了消 色差镜头，并于1758年申请了专利。 ·发生纠纷，结果谁胜？ 国科学公开性
消色差透镜 消色差透镜 出现 • 1733年，霍尔发现两种不同色差的玻璃，他想用这两 种透镜解决色差问题。 • 乔治.巴斯的制镜商明白了两个镜头的作用，将复合镜 头用到了他生产的望远镜上，一直没申请专利。 • 1753年，制镜商多兰获取了这一秘方，成功研制了消 色差镜头，并于1758年申请了专利。 • 发生纠纷，结果谁胜？ 科学公开性
上游充通大学 分辨率极限 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 阿贝(Ernst Abbe,1840-1905)德国物理学家，根据衍射理论预言 了分辨极限的存在 瑞利(L.Rayleigh,1842-1919)英国物理学家，名言：一切科学上 的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度。 ·归纳出分辨率表达式： 1.22λ r≥ 2n.sin 0 ·「一被分辨的两物距离，入一光波波长， —折射率，—光圈孔径半角 根据该判别式，最大分辨率是2/5入， 以紫光（波长400纳米）计，200纳米为极限
分辨率极限 阿贝(Ernst Abbe, 1840-1905)德国物理学家，根据衍射理论预言 了分辨极限的存在 瑞利(L. Rayleigh, 1842-1919)英国物理学家，名言：一切科学上 的最伟大的发现，几乎都来自精确的量度。 • 归纳出分辨率表达式： • r——被分辨的两物距离，λ——光波波长， • n——折射率，θ——光圈孔径半角 • 根据该判别式，最大分辨率是2/5 λ ， 以紫光（波长400纳米）计，200纳米为极限 2 sin 1.22 n r
上游充通大学 提高分辨率的传统方法 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 一、选择更短的波长，如紫外光 二、采用折射率高的材料作透镜， 如油浸显微镜 三、增大显微镜孔径角，如采用复 合透镜作物镜
提高分辨率的传统方法 一、选择更短的波长，如紫外光 二、采用折射率高的材料作透镜， 如油浸显微镜 三、增大显微镜孔径角，如采用复 合透镜作物镜