偏光显微镜的构造、调节与校正

一、目的要求

1．熟悉偏光显微镜的原理、构造、附件、用途及使用须知

2．学会偏光显微镜的调节及校正

3．学会偏光显微镜的保养方法

二、实验用具

1．偏光显微镜

2．岩矿薄片：花岗岩(含黑云母)

3．擦镜纸、吹风球

三、实验内容及方法

(一)按章使用仪器

宣读《显微镜使用须知》及《偏光显微镜实验室规则》，教育学生养成科学严谨的实验作风，爱护国家财产，自觉遵守精密仪器操作规程。

(二) 详细了解偏光显微镜构造

在教师讲解的基础上，按附图所示对照实物，详细了解偏光显微镜的原理、各部构造、附件、用途及维护保养。

(三)偏光显微镜的调节

1．调节照明(对光)

(1)装上10倍物镜和5倍目镜，打开锁光圈，推出上偏光镜，除去勃氏镜和聚光镜(拉索透镜)。

(2)转动反光镜对准光源，直至视域最亮为止(切勿将反光镜直接正对太阳，以免因光线太强而损伤眼睛)。

2．调节焦距(准焦)

(1)将岩矿薄片(盖玻璃向上)置于载物台中心，用薄片夹夹紧。

(2)从侧面看着物镜镜头，转动粗动螺丝，使镜筒缓缓下降至物镜镜头快接近薄片位置(切勿

眼睛看着目镜而下降镜筒，以免压碎薄片造成镜头损坏)。

(3)从目镜中观察，并转动粗动螺丝，使镜筒缓缓上升，直到视域内出现物像并较清楚后，再转动微动螺丝至物像完全清晰为止。

(四)、偏光显微镜的校正

1．校正物镜中心

(1)在正常工作的显微镜光学系统中，载物台旋转轴、物镜中轴和镜筒中轴应当严格地在一条直线上，此时旋转物台，视域中心(十字丝交点)的物像不动，其余物像则绕视域中心作圆周运动。

(2)如果旋转物台时，视域中心的物像离开原来位置，连同其余物像绕另一中心(即物台中心)旋转，此时说明物台旋转轴、物镜中轴和镜筒中轴不在一条直线上，必须进行校正。由于XPT6(7)型偏光显微镜的镜筒中轴和物台旋转轴是固定的，因此只需校正物镜中轴使之与物台旋转轴重合即可。

(3)校正物镜中心之前，必须首先检查物镜安装位置是否正确，如果物镜位置不对，则需重新安装正确后方可进行校正。

(4)校正物镜中心时，若发现校正螺丝旋转费力或失灵，应立即报告教师处理，切勿强行扭动或只朝一个方向旋转过度。

(5)校正物镜中心步骤

①在薄片(花岗岩片)中任选一小黑点，移动薄片将其置于视域中心(十字丝交点)，用薄片夹固定好薄片。

②旋转物台360°，若小黑点绕另一圆心作圆周运动[图8(2)]，则说明中心不正，需进行校正。

③将小黑点转回至十字丝交点处，旋转物台180°，此时黑点距视域中心最远。

④转动校正螺丝，将黑点移至距离视域中心一半的位置。

⑤移动薄片，将原黑点(或另选一点)置于十字丝交点处)。旋转物台360°，若黑点不动，则中心已校好，若黑点仍离开十字丝交点绕另一圆心旋转，则中心尚未完全校好，还须按上述步骤重复校正，直至完全校好为止。

⑧若物镜中心偏离很大，即旋转物台180°后，黑点由十字丝交点移出视域之外，则可来回转动物台，观察黑点移动的弧度情况，估计偏心圆中心的方位和半径的长短，然后在此方位上以视域中某质点为准，转动校正螺丝使该质点向十字丝交点。方向移动估计半径的距离至1/2处。最后再任选一黑点置于十字丝交点，旋转物台，若偏离不大，即黑点已在视域内移

动，则可按上述偏离较小的方法继续校正，直至校好。

2．校正偏光镜

(1)确定下偏光镜的振动方向

①将目镜十字丝放在东西南北方向，除去上偏光镜、勃氏镜和聚光镜(拉索透镜)，打开锁光圈。

②在花岗岩薄片中，选一粒具有一组极完全解理的黑云母切面，将其置于视域中心，使解理缝方向平行十字丝东西向，转动下偏光镜至黑云母颗粒切面颜色最深时(呈黑褐色)为止。此时黑云母的解理缝方向(也即十字丝东西向)就是下偏光镜的振动方向PP。

③转动物台90°，当黑云母解理缝方向平行十字丝南北向(即垂直下偏光镜振动方向)时，黑云母颗粒切面颜色最浅（呈淡黄色)。

2)校正上、下偏光镜振动方向是否正交

由于XFF6（7）型偏光显微镜中上偏光镜的振动方向AA是固定在平行目镜十字丝南北方向上的，故当下偏光镜振动方向确定在乎行十字丝东西向后，推入上偏光镜，上、下偏光镜振动方向即应互相垂直，此时除去薄片，视域应全黑。若视域不够黑，则可缓缓旋转下偏光镜，直到视域最黑为止。

(五)偏光显微镜使用须知

l偏光显微镜是—种精密而贵重的光学仪器，使用时务必爱护，谨慎小心，严防损坏，

2．仪器使用前必须进行检查：

(1)检查镜身各部件是否完好，如有损坏应立即报告教师；

(2)按所附登记簿中《仪器情况一览表》清点附件，若有不符或损坏须立即报告教师。

3．使用显微镜时，务必严格遵守操作规程，非本次实验所需物品、附件一律不得动用。

4．显微镜各部零件、螺丝，严禁拆卸，使用中发生故障，须报告教师处理。

5．显微镜各种附件(镜头、试板等)及实验用岩矿薄片等，应严防堕地、跌落、随意放置或夹在书中，用毕立即放回原处。

6．显微镜镜头等附件若有污染，必须用专备之擦镜纸擦拭，切勿用手指或其它纸张擦拭。

7．显微镜镜身不可过于倾斜或置于桌边，严防翻倒或摔坏。

8．搬动显微镜时，必须轻拿轻放，防止震动。

9．显微镜使用完毕，必须再次检查，清点附件，放回原处，装箱或罩好后方可离室。若发生损失情况，应报告教师处理，不得隐瞒。

10．显微镜使用中，若发生责任事故按学校规定处理。

第二篇：光学显微镜的原理与构造

光学显微镜的原理与构造

随着科学技术的发展，显微镜检方法由最传统的明视野、暗视野发展出了相差法、偏光方法；荧光方法也由透射光激发进展为落射光激发，使荧光效率大为提高；微分干涉相衬方法基于偏光方法，而巧妙地利用了微分干涉棱镜，使之能应用于医学与生物学的样品，又能应用于金相样品的分析与检验。

下面简单介绍万能显微镜的基本组成部件：

1. 显微镜主机体（stand） 显微镜的主机体设计成金字塔形，而底座的截面呈T字形，使显微镜的整体相当稳固。显微镜的光学部件和机构调节部件、光源的灯室、显微照相装置、电源变压稳压器等，都可安装在主机体上或主机体内。

2. 显微镜的底座（base） 底座和主机体通常组成一个稳固的整体。底座内通常装有透射光照明光路系统（聚光、集光和反光）部件，光源的滤光片组，粗/微调焦机构，光源的视场光阑也安装在底座上。

3. 透射光光源（tranilluminator） 透射光光源由灯室（lamp housing）、灯座（lamp socket）卤素灯（halogen lamp）、集光与聚光系统（lamp collector and lamp condenser）及其调整装置组成。

4. 透射光光源与反射光光源的转换开关（toggle switch） 这是新一代AXIO系列显微镜特有的装置，透射光和反射光可通用。当具有透/反两用的配置时，利用这一转换开关能方便而又迅速的使透射光和反射光互相转换。在纯透射光的配置中，这一开关就改为电源开关。

5. 电源开关（mains switch）与亮度调节旋钮（brightness control） 电源开关用来接通或切断显微镜所需用的交流电源。电源开关旋钮也可调节照明光源的亮度，使所观察的视域可随时获得适当的亮度，可调范围为3-12V。作显微照相时，可根据曝光以及彩色底片色温的要求来调节灯光的亮度。当准备关掉电源之前，应先将亮度调节旋钮调到最小。

6. 粗、微调焦旋钮（coaxial coarse/fine focusing controls） 调焦旋钮转动时带动燕尾导板上下移动，而导板上则装有物台托架和聚光镜托架，从而使物台趋向或远离物镜达到调焦的效果。

7. 透射光用的滤光片选择按钮（push buttons for filter magazine） 透射光显微镜检方法所需用的一组滤光片已安装在显微镜的底座内，通过底座外的按钮就可以根据不同的需要来选择适用的一块或一组滤光片。通常的滤光片配套有： (1) 蓝色色温转换滤光片：用来把光源的色温由3200K转换成日光型彩色底片所需的5500K色温； (2) 绿色滤光片：用来增强相差观察方法中成像的反差，或者以黑白底片作显微照相时，可以提高片成像的反差； (3) 浅灰色滤光片：是透光率为50%的中性减光滤光片，可把视野的亮度减弱一半； (4) 灰色滤光片：是透光率为25%的中性减光滤光片，可把视野的高度减弱75%； (5) 透光率仅为6%的中性减光滤光片，可把视野的亮度变得相当暗，95%以上的光都已被吸收掉。

8. 光源的视场光阑（luminuos field diaphragm） 视场光阑是显微镜照明光路系统中的重要部件之一，它只能按照库勒照明系统的要求来进行调节，视场光阑不可以任意开大，但要根据使用的物镜倍数来调节适当的大小。视场光阑的主要功用有：

(1) 控制杂散光在成像光路系统中的影响，特别是免除杂散光对照相系统的干扰，使显微照相的底片不至于蒙上一层灰雾；

(2) 控制照明光束的大小，使所观察的视域能受到均匀的照明；

(3) 在荧光显微镜检方法中，可以把激发光限制在所需激发样品的视域范围内，以防止视域外的样品过早受到激发。

9. 聚光镜系统（condenser system） 聚光镜系统是照明光路系统中的重要部件之一，它也只能按照库勒照明系统的调整要求来进行调节。聚光镜系统调整的好坏，可以直接影响显微镜视域中照明的均匀性，也可影响显微镜的分辨力，还可以直接控制显微照相底片上的反差。聚光镜系统通常由以下几个部件组成：

(1) 聚光镜本体（condenser） 可以是简单的阿贝聚光镜，也可以是消球差-消色差的优质聚光镜，另外还有一种是消除了内应力的偏光聚光镜。聚光镜的重要参数之一是数值孔径（NA），通常为0.32；这样的数值孔径太小，只能与以下的物镜配合使用，因此需配用前端透镜来提高数值孔径，以便与不同倍数的物镜灵活配合使用；

(2) 前端透镜（front lens） 前端透镜本身的数值孔径通常为0.63、0.90、1.30或1.40，它要附装在聚光镜本体上，可以方便地摆进或摆出光路。最常用的前端透镜数值孔径为0.90，当它摆入光路时，可以和10×及以上的物镜配用，摆出光路时可以和10×以下的物镜如6.3×、5×及2.5×等物镜配用；

(3) 聚光镜的孔径光阑（aperture diaphragm） 孔径光阑实际上是一个可变光圈，它是显微镜照明光路系统中的又一个重要部件，在透射光明视野法、微分干涉相衬法以及偏光法所使用的聚光镜中，都装有孔径光阑。它可以影响显微镜在作观察时的分辨力；直接控制显微照相底片上的反差；可用来调节聚光镜的数值孔径，配合所用物镜的数值孔径，以取得最佳的分辨本领，或最大的分辨本领；还可以使光源的发光体成像于孔径光阑所在的平面上，从而满足库勒照明系统的前提条件。在实际操作中，调节聚光镜孔径光阑可以改变显微镜中所观察到的视野亮度，这是由于历史上对聚光镜孔径光阑的误解所造成的错误用法。这里要特别强调：不应该用聚光镜的孔径光阑来调节视野中的亮度、更不应该用调节聚光镜位置高低的方法来调节视野中的亮度！以往的错误用法希望能在实际操作中纠正过来。

(4) 转盘（turret） 在多用途聚光镜系统中，为方便才把明视野的孔径光阑、暗视野的中央光挡、相差法所需用的各种不同直径的环状光圈、微分干涉相衬法用的DIC棱镜及其孔经光阑等部件装在转盘上再嵌入到聚光镜本体的座子内，使用时转动转盘就可以选用不同显微镜检法所适用的聚光镜，方便而又快捷。 聚光镜系统有两个调节装置：a. 聚光镜的调中螺丝（centering screws） 调中螺丝通常为1对，位于聚光镜托架前方的左右测。和环形燕尾槽中的调中螺丝成三足鼎立之势，可以聚光镜前后、左右调整，使聚光镜的光轴与照明光路、成像光路合轴；b. 聚光镜托架的上下调节装置（vertical adjustment of condenser carrier）： 利用这个调节装置，可使聚光镜的位置作上下调动，使视场光阑经过聚光镜在样品视野中的成像调到最为清晰，光阑像的位置也可利用托架上的调中螺丝来进行调中，从而满足库勒照明系统调整的要求。

10. 机械移动式载物台（specimen stage） 载物台可以承载样品，装有可在水平方向上作前后、左右移动的调节装置，有的还可以在水平方向上作大约100度的旋转，以便使样品能更好地与显微照相的取景框相适配。

11. 物镜转换器（nosepiece） 物镜转换器安装在滑插式燕尾槽座上，已作了准确的对中。可迅速更换物镜。常用的有6个、5个及4个孔位的物镜转换器。

12. 物镜（objectives） 物镜是显微镜的核心光学部件，显微镜的放大倍数、分辨本领、色差与像差的校正状况、工作距离等，都有直接由物镜来决定。衡量物镜质量的基本参数主要有：a. 色差消正的程度（或级别）；b. 像场平坦的程度；c. 所使用的玻璃材料。数值孔径（NA）是物镜最重要的参数，数值孔径越大，分辨率越高。目前物镜的数值孔径最大只有1.30。按照物镜色差和像差校正的程度，物镜可以分为以下类别：

(1) 消色差物镜（achomats） 通常对红光与蓝光两种色光作了色差校正，但视域中像场的平坦程度并未作过完善的校正，因此只能作一般的观察应用。在偏光显微镜中，由于需要消除物镜内各个镜片的内应力，反而需要利用这种镜片数目不多的物镜来做偏光物镜。

(2) 有限平像场消色差物镜（flat-field achromats） 这也是对两种色光作了校正的消色差物镜，但视域范围内像场的平坦程度只作了有限范围内的校正，通常在显微照相取景框范围内像场是平坦的，以确保显微照相对焦的清晰，取景框范围以外，往往不一定能保证同样的清晰度。适用于常规检验而又需要作显微照相的工作中。

(3) 完善平像场消色差物镜（plan-achromats） 这也是对两种色光作了校正的高级消色差物镜，主要特点是像场在整个视域中作了完善的校正，适合于作要求较高的显微镜检工作，特别是作显微照相效果更好。由于这种物镜仍采用常用的光学玻璃，不适宜作荧光等这一类弱光的观察和照相。

(4) 萤石玻璃消色差物镜（neofluar） 这也是对两种色光作了色差校正的消色差物镜，其中全部或部分镜片则采用了可透过近紫外光（波长约为365nm）的萤石玻璃（即氟化钙晶体）来制造。因此特别适合于作荧光与相差方法的观察与显微照相，也可用在偏光显微镜中。

(5) 完善平像场复消色差物镜（plan-opo-chromats） 这是最高一级的消色差物镜，对红、绿、蓝3种颜色都作了很好的色差校正，而视域中的像也作了完善的校正，数值孔径比萤石物镜大，可应用于要求极高的显微观察与显微照相中，但价格十分昂贵，由于所使用的镜片数目多达12片，光能损失较大，不宜用作荧光观察与照相。

(6) 已消除内应力又可以调节中心的物镜（pol Z objectives） 这是一种适用于作偏光观察的物镜，是从以上所介绍的几种物镜中挑选出来的，在装配时特别注意消除了其中的内应力，以免内应力所引起的干涉条纹干扰了偏光样品中真正的干涉条纹。

(7) 完善平像场萤石消色差多种介质浸没式物镜（ plan-neofluar imm.） 这是一种新型物镜，采用萤石玻璃制造其中全部或部分镜片，成像质量特别明亮，反差十分好，色差接近于复消色差，因此又属于半复消色差物镜。数值孔径特别大，透光能力强，而且分辨率十分好。最大的特点是可用好几种浸没介质，如常用的浸没油、甘油、蒸馏水等，既可使用权盖玻片也可以不使用。这种物镜制成干式物镜时，可加上校正环，用来校正盖玻片的厚度不均匀性，以消除盖玻片厚度不规则造成的成像失真，对于厚度在0.12-0.22mm之间的盖玻片都可以作相应的校正。

19xx年以来，德国蔡司公司推出的新一代光学显微镜，其中的物镜突破了传统光学显微镜的概念，采用了无限远色差校正的光学系统（infinity color-corrected system，简称ICS物镜），其特点是：由物镜射出的成像光束是一束平行光，可在成像光路中按需要插入任意多的光学部件而不影响成像质量。在显微镜镜体内有一特制的镜筒透镜（tube lens）与物镜相配，两者结合起来把物镜的色差与像差都作了十分完善的校正，而且物镜的视域相当宽阔，比传统物镜的视域扩大约40% 。

13. 荧光滤光片组插板的插口（slot for the fluorescence slider）这是为作荧光观察时插入荧光滤光片组插板预留的插口。

14. 勃氏镜插板的插口（slot for Bertcand-lens slider） 这是为作偏光观察时插入勃氏镜插板预留的插口，勃氏镜是偏光显微镜中用作锥光干涉图试验的重要部件。

15. 补色器插板的插口（slot for auxiliary objects） 这是当作微分干涉相衬观察和偏光需加入的各种补色器预留的插口。

16. 双目镜筒或带照像镜筒的双目镜筒（binocular tubes or binocular phototubes） 用来安放目镜及照像装置。为便于观察，镜筒制成具有一定倾斜角度（30°或45°），设有瞳距调节装置，可在55°至75°范围内调节，以适合不同使用者两眼瞳孔距离。双目镜筒内装有一些折光和分光棱镜，能把从物镜出

来的一束成像光束等分成两部分，分别由两个目镜作观察。带照像镜筒的双目筒一般在右测装有光束分配棱镜的拉杆，把它全部推入时只作观察，拉出来则一边观察一边照像，或全部作显微照像。

17. 目镜（eyepieces） 目镜是显微镜中把物镜所成的像作再一次放大的光学部件，显微镜的总放大倍数通常就是物镜与目镜放大倍数的乘积。为方便不同视力者进行显微拍照时调焦同样清晰，一些目镜设计成可调焦式。为了使显微镜获得最大有效放大倍数和最高分辨本领，必须合理选配目镜。到目前为止，由于受光学定律的制约，光学显微镜最大的有效放大倍数为1250-1300倍。10×目镜是最常用而必须配备的目镜，观察荧光时最好选用10×以下的目镜。