淺述順側(cè)光調(diào)光顯微鏡的簡易制作和放大實例
相關(guān)鏈接： 中國安全網(wǎng) 中國質(zhì)量網(wǎng) 中國論文網(wǎng) 中國資訊網(wǎng)
透射式、落射式、暗場、熒光等不同類型的光學(xué)顯微鏡都有使用范圍的限制。采用照相原理的順側(cè)光調(diào)光顯微鏡，即突破了使用范圍的限制，又使有效放大倍率提高到6400倍以上，并在放大1000-1600倍時可以觀察到其它顯微鏡在同樣放大倍率時不能看到的有機物體和無機物體中的直徑約為1微米的物質(zhì)顆粒，以及在水的作用下金屬體、細胞中的1微米顆粒的運動、閃光、化合和分解。放大6400倍時可以看到更小一級的物質(zhì)顆粒——直徑為0.1微米的顆粒的震動。
論文關(guān)鍵詞：亮度對比度,寬容度,照射角度,分辨率,暗場,微米顆粒
目前，光學(xué)顯微鏡根據(jù)阿貝極限理論主要強調(diào)了物鏡的數(shù)值孔徑和光線的波長對顯微鏡分辨率的影響，忽略了眼睛和照相設(shè)備對同時看到的光線強弱對比度的適應(yīng)能力，導(dǎo)致大于顯微鏡分辨距離的構(gòu)成物體的1微米顆粒不能被人們發(fā)現(xiàn)，這和我們白天很難看到天空的星星、晚上看到的月球會時圓時缺是同樣的道理。因此構(gòu)成物體的主體顆粒、細胞生理活動和運輸分配的主體顆粒、分散于溶液中的物質(zhì)顆粒——這些直徑約為1微米的物質(zhì)顆粒成了我們研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)變化以及細胞生理的缺失和空白，物質(zhì)的物態(tài)、色彩、形狀、磁性、導(dǎo)電性的形成機制成了解不開的謎團。所以對光學(xué)顯微鏡進行深入研究，特別是將照相原理應(yīng)用于顯微鏡是十分必要的。
1、 順側(cè)光調(diào)光顯微鏡的原理
順側(cè)光調(diào)光顯微鏡除成像原理外還主要涉及以下原理
�。�1） 照相原理。根據(jù)照相原理，透射式顯微鏡屬于逆光，落射式顯微鏡屬于順光，普通暗場顯微鏡屬于逆?zhèn)裙猓擄@微鏡的光源從標(biāo)本的上側(cè)方射入屬于順側(cè)光。順側(cè)光使標(biāo)本形成反射成像，它和普通暗場(逆?zhèn)裙?顯微鏡相比，在提高標(biāo)本的正表面亮度的同時暗場效果更好、標(biāo)本更明亮。和落射式顯微鏡相比，它的照明光和成像光分屬于兩個光路，基本沒有相互干擾。
（2） 采用相互對射的雙光源，對射光能有效的消除微觀顆粒因單向光源照射形成的虛光。
�。�3） 對比度和寬容度原理。照相設(shè)備和膠片除對光線亮度的強弱有一定的適應(yīng)范圍外，對同一副照片中的不同位置的光線亮度的強弱對比有更嚴格的要求，能夠適應(yīng)的亮度強弱對比的差異范圍叫寬容度。黑白膠片能夠反映的寬容度是1：128，彩色膠片的寬容度是1：64，數(shù)碼照相和攝像機的寬容度是1：32。超過了以上的對比范圍，亮度更低的物質(zhì)就不會被我們發(fā)覺（然而我們并不能像對宏觀物體拍照片一樣對微觀物質(zhì)亮度較低的位置進行單獨的補光），相反當(dāng)兩個物體對比度過低時照相設(shè)備也很難區(qū)分。人的眼睛和照相設(shè)備一樣也有寬容度的要求，雖然目前我們還不知道眼睛寬容度的具體數(shù)值。
由于寬容度的原因，我們從顯微鏡看到的微觀世界并不是微觀物質(zhì)完全的真實反應(yīng)。很多大于顯微鏡分辨距離的顆�；蛭矬w我們不一定能夠看到，這和我們不能直接看到太陽黑子、白天不能看到天空的星星、晚上的月亮?xí)䲡r圓時缺、亮燈時看不到燈泡表面的細小灰塵是同樣的道理。但是直接的觀看要比照片和視頻看到的層次更加的豐富，視頻有明暗的過度因此比照片顯示的層次更豐富。
眼睛和照相設(shè)備的寬容度與微觀物質(zhì)之間的較大或較小的亮度對比度是限制光學(xué)顯微鏡分辨率進一步提高的重要原因之一。
（4） 暗場原理。暗場顯微鏡和熒光顯微鏡都是無意地利用了寬容度原理，將環(huán)境或背景的亮度盡量降低，因此能看到明場（透射式）顯微鏡看不到的部分顆粒。但是普通暗場顯微鏡是逆?zhèn)裙猓瑯?biāo)本正面的亮度是微觀顆粒的繞射和其它顆粒的反射，因此亮度低、細節(jié)反映較差，更不能適應(yīng)非透明物質(zhì)。目前的金相暗場顯微鏡不能調(diào)整照明光的照射角度，因此看不到溶解于水中的顆粒。熒光顯微鏡的使用范圍更小。
該顯微鏡的照明光從正側(cè)面照亮標(biāo)本，沒有任何的照明光線能直接進入物鏡，光照角度，的調(diào)節(jié)能使處于物鏡焦距部分的標(biāo)本的反光正好進入物鏡，所以該顯微鏡在提高標(biāo)本正面亮度的同時又提升了暗場效果。
�。�5） 調(diào)光原理。照射角度大時標(biāo)本被照亮的深度大，反之標(biāo)本被照亮的深度小。因此在20—30º范圍內(nèi)調(diào)整光源的入射角度可以看到物體內(nèi)部不同深度的顆粒，也可以像觀察宏觀物體一樣只看到物體高低不平連續(xù)不斷的表面而不顯示內(nèi)部相對獨立的顆粒。水對光線有折射作用，觀察溶液時水表面的反光、經(jīng)過深層水折射后的反光、溶液中顆粒的反光三種光線同時進入物鏡，三種光線相互干擾降低了暗場效果。調(diào)整或降低光源的照射角度可以降低水被照亮的深度，減少經(jīng)水折射后的反光，突出溶液中顆粒的反光，因此只有經(jīng)過耐心細致的調(diào)節(jié)光照角度才能看到溶液中的顆粒。
（6） 物鏡的焦距可以隨鏡筒長度（同目鏡的距離）的變化而發(fā)生改變，在一定的范圍內(nèi)鏡筒長度越小，物鏡的焦距就越大，總放大倍率就越小。較大的物鏡焦距可以方便使用和操作，即有利于照明光的進入，又可以減少對標(biāo)本的過度加工，還有利于保護鏡片。
2、 順側(cè)光調(diào)光顯微鏡的簡易制作
圖片1是利用普通顯微鏡拼裝的順側(cè)光調(diào)光顯微鏡的整體照片
(圖片1)順側(cè)光調(diào)光顯微鏡的整體照片
�。�1）、用普通解剖鏡的2.5倍目鏡作為照明光源的聚光鏡，將聚光鏡的前端用砂輪片磨去一角（圖片2），按照圖片1的方式將聚光鏡固定在顯微鏡的載物臺上，使聚光鏡和載物臺的角度可以調(diào)整。
�。▓D片2）聚光鏡
�。�2）、用12V、100W的汽車專用燈泡作為照明光源（圖片3）。這是目前能在市場上找到的燈絲的體積較小亮度最大的光源。將燈泡固定在聚光鏡筒內(nèi)。由于燈泡的溫度較高，最好加水循環(huán)裝冷卻裝置。（為了獲得更亮的光源有時需要在短時間內(nèi)將電壓調(diào)高到14—16伏）。
�。▓D片3）照明燈泡
�。�3）、將普通顯微鏡的40倍物鏡的外筒擰下，用砂輪片將其前端磨成90度尖角但不傷及鏡片，目的是使照明光能照到物鏡下的標(biāo)本（圖片4）。
�。▓D片4）改制后的40倍物鏡
�。�4） 制作160倍的消色差大視野目鏡（圖片5）。
（圖片5）160倍目鏡
3、 順光調(diào)光顯微鏡的放大倍率
用10倍物鏡時放大倍率為 10×160＝1600倍
用40倍物鏡時放大倍率為 40×160＝6400倍
6400倍是利用以上光源和聚光設(shè)備時的亮度極限，并不是顯微鏡的放大極限。
4、 順光調(diào)光顯微鏡的特點
（1）用數(shù)值孔徑相同的10倍或40倍物鏡可以比透射顯微鏡提高有效放大倍率10倍。
�。�2）雖然透射式顯微鏡用100物鏡時總的有效放大倍率是1600倍，最小分辨距離是0.2微米，但它并不能看到大于其分辨距離的直徑為1微米的物質(zhì)顆粒。相反，該顯微鏡僅用10倍物鏡在總放大倍率為1000-1600倍時，可以看到固體（包括半透明的晶體）、溶液、金屬、細胞、花粉粒等絕大多數(shù)物體中的直徑為1微米的物質(zhì)顆粒。用40倍物鏡總放大6400倍時可以看到直徑為0.1微米的物質(zhì)顆粒。
�。�3）該顯微鏡看到的1微米顆粒和0.1微米顆粒都是物質(zhì)顆粒的本來顏色。
�。�4）該顯微鏡可以看到絕大部分物體中的微米顆粒但并不是所有的微米顆粒，因為有些透明度極強的微米顆粒只有在其閃光時才能看到。
有些反光能力強或具有熒光性質(zhì)的溶液需要稀釋后才能看到微米顆粒。
（5）該顯微鏡采用了65mm和0.48mm的兩種較大物鏡焦距，標(biāo)本無需蓋片、無論透明與否，因此使用更加方便，即可以觀察溶液和活體細胞，也可以對溶液和細胞進行電場、磁場和微波等物理干預(yù)，有利于進一步研究不同物質(zhì)的微米顆粒的性質(zhì)。
（6）該顯微鏡舍去了精密度較高的100倍物鏡，因此比普通顯微鏡造價更低。
5、 用焦距為65mm的10倍物鏡光學(xué)放大1600倍的放大實例
（1） 直徑為0.8—1.1微米的物質(zhì)顆粒
有機物和無機物（固體、包括晶體、溶液、金屬、氣體、細胞、花粉粒）等主要是有1微米左右的彩色顆粒構(gòu)成的。
圖6--12是幾種不同物質(zhì)的1微米左右的物質(zhì)顆粒。
�。▓D片6） 冰糖晶體中的約1微米的物質(zhì)顆粒（光學(xué)放大1600倍）
�。▓D片7）食鹽四棱錐（頂尖向里）晶體中的約1微米的物質(zhì)顆粒（光學(xué)放大1600倍）
�。▓D片8）金屬銅的約1微米的物質(zhì)顆粒（光學(xué)放大1600倍）
�。▓D片9） 洋蔥細胞膜的約1微米物質(zhì)顆粒（光學(xué)放大1600倍）
�。▓D片10） 絲瓜花粉粒的約1微米的物質(zhì)顆粒（光學(xué)放大1600倍）
�。▓D片11）溶于水中的純度為99.999%的硫酸鋅的約1微米的物質(zhì)顆粒（光學(xué)放大1600倍）
�。▓D片12）從視頻中提取的醫(yī)用蒸餾水中的約1微米物質(zhì)顆粒（光學(xué)放大1600倍）
�。�2） 圖片13是食鹽的約1微米顆粒的光環(huán)、以及微米顆粒有序排列形成的彩色直線。
�。▓D片13）食鹽約1微米顆粒的光環(huán)和微米顆粒排列成的直線（光學(xué)放大1600倍）
較大的食鹽微米顆粒都有光環(huán)，在光環(huán)的位置有較小的顆粒環(huán)繞排列。
食鹽的約1微米顆粒能緊密的排列成彩色的直線，原有的光環(huán)會形成色帶分布在直線的兩側(cè)。
�。�3）圖片14是碳酸鈉的約1微米顆粒在水中組合成的特定形狀，它好似太空的恒星星座。（從視頻中提取的靜態(tài)圖像）
�。▓D片14）從視頻中提取的靜態(tài)圖像。碳酸鈉的微米顆粒
在水中組合成的特定形狀（光學(xué)放大1600倍）
�。�4）圖片15，金屬銀的約1微米顆粒具有明顯的排列規(guī)則。
（圖片15）銀的微米顆粒具有明顯的
排列規(guī)則（光學(xué)放大1600倍）
�。�5） 運動變化的約1微米顆粒
除以上相對靜止的微米顆粒以外，在水的作用下許多的微米顆粒不停的運動變化、相互作用、閃光放電、化和分解。具體的視頻請用電子郵箱向編輯或作者本人索取，解壓后觀看。
在水的作用下金屬鐵的微米顆粒像有巨大彈性的膠體小球，并能遠距離的行走和聚集，微米顆粒的顏色逐步變化，很少出現(xiàn)閃光放電。
洋蔥細胞中的微米顆粒會自主運動、能嬉戲玩耍、化合分解，有的流入細胞壁沿細胞壁的通道移動。
喇叭花的花萼細胞中有些微米顆粒透光率極高并不停的閃光，只有在它閃光時才會有足夠的亮度能被我們看到。
醋酸和火堿反應(yīng)產(chǎn)生了氣體微米顆粒，有時放電閃光。
剛剛用高壓鍋熬制的小米飯中的微米顆粒同樣具有活性，運動不息。
水和水溶液都會不時出現(xiàn)像流星一樣高速運動的微米顆粒，可能是水的微米顆粒在吸熱蒸發(fā)或水中的氣體顆粒逃出水面。
牛奶中的微米顆粒幾個或十幾個相互簇擁滾動變化形成極不穩(wěn)定的團狀結(jié)構(gòu)。
水中的微生物也是由微米顆粒組成。
6、 用焦距為0.48mm的40倍物鏡光學(xué)放大6400倍的放大實例
（1） 圖片18是食鹽的直徑為0.1微米的顆粒。
（圖片18）食鹽的直徑為0.1微米的顆粒（光學(xué)放大6400倍）
�。�2） 圖片19是冰糖的0.1微米顆粒。其中有些顆不停的顫抖。
（圖片（19）冰糖的0.1微米顆粒，有些會不停的顫抖。（光學(xué)放大6400倍）
�。�3） 圖片20是蒸餾水放大約8000倍的照片。水和其它物質(zhì)一樣，放大6400--8000倍時能看到兩類物質(zhì)，一類是明亮的彩色物質(zhì)，在照片中往往顯示為0.1微米的彩色顆粒。另一類是黑色不透明的物質(zhì)，由于寬容度的原因，黑色物質(zhì)雖然能夠看到，但極不容易在照片上顯示。
�。▓D片20）水的放大照片（8000倍）
備注
1、 以上照片和視頻均采用卡巴斯基FE-240家用照相機拍照，由于該照相機不是專業(yè)用于顯微鏡的，其焦距是連續(xù)可變，沒有固定的放大檔位，所以以上照片中標(biāo)注的放大倍率并不十分準確，因此不同的照片中的微米顆粒的大小并不完全一致。另外照片標(biāo)注的放大是指光學(xué)放大，不包括電腦放大。
2、由于自制的聚光鏡沒有沒有安裝冷卻裝置，聚光鏡溫度較高，影響了調(diào)試和操作，因此以上照片均采用單向照明光拍攝。
參考文獻、、《電視攝像》中國廣播電視出版社出版，1998年印刷
