提高顯微鏡分辨率的方法簡述

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1、目錄1選題背景12方案論證及過程論述12.1像差12.1.1球面像差12.1.2慧形像差22.1.3色像差22.2照明對顯微鏡分辨率的影響22.2.1非相干光照明22.2.2相干光照明22.2.3部分相干光照明32.2.4臨界照明32.3衍射32.3.1對兩個發(fā)光點的分辨率32.3.2對不發(fā)光物體的分辨率42.4光噪聲63結(jié)果分析64結(jié)論74.1提高光學(xué)顯微鏡與電子顯微鏡分辨率的方法74.1.1提高光學(xué)顯微鏡分辨率的方法74.1.2如何提高電子顯微鏡分辨率7參考文獻(xiàn)91選題背景顯微鏡是實驗室最重要的設(shè)備之一，對觀察微小物體細(xì)節(jié)的顯微鏡

2、來說，評價光學(xué)顯微鏡及電子顯微鏡的重要指標(biāo)之一是分辨本領(lǐng)。顯微鏡的分辨能力是指其分辨近距離物體細(xì)微結(jié)構(gòu)的能力，它主要是顯微鏡的性能決定。通常是以顯微鏡的分辨率級即顯微鏡能分辨開兩個物點的最小距離d來表示，d值越小，則顯微鏡的分辨能力越強(qiáng)。人眼本身就是一臺顯微鏡，在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下，人眼在明視距離(國際公認(rèn)為25cm)上的分辨率約等于1/10mm。對于觀察兩條直線來說，由于直線能刺激一系列神經(jīng)細(xì)胞，眼睛的分辨率還能提高一些，這就是顯微鏡的分劃板使用雙線對準(zhǔn)的原理所在。人眼的分辨率只有1/10mm，那么比1/10mm小的物體或比1/10mm

3、近的兩個微小物體的距離，人眼就無法分辨了。這時人們開始研制出放大鏡和顯微鏡，顯微鏡的分辨率計算公式為：d=0.61入/NA；式中：d為分辨率(μm)；入為光源波長(μm)；NA為物鏡的數(shù)值口徑(也稱鏡口率)。造成顯微鏡光學(xué)像欠缺的因素主要在物鏡組，有像差、衍射和光噪聲等，它們是影響顯微鏡分辨率的主要因素，其次照明對顯微鏡的分辨率也有一定的影響。對于顯微鏡的使用者來講，應(yīng)該對造成顯微鏡分辨率下降的因素有比較清楚的認(rèn)識，并知道克服和減少這些因素的方法。本文從幾何像差、色像差、衍射、干涉和照明幾個方面分析了對顯微鏡分辨率的影響,指出了孔徑數(shù)

4、的增加，從衍射角度看對顯微鏡分辨率的提高有好處，但從幾何像差的角度看則會降低顯微鏡的分辨率;并指出了照明對顯微鏡分辨率的影響是不可忽略的等。2方案論證及過程論述2.1像差像差可分為單色像差和色像差兩大類。單色像差有五種：（1）球面像差；（2）彗形像差；（3）像散；（4）像場彎曲；（5）疇變。其中（1）和（2）是由大孔徑引起的，（3）、（4）、（5）是由大視場引起的。顯微鏡需要大孔徑，但不需要大視場，所以顯微鏡的單色像差主要是（1）和（2）。2.1.1球面像差單球面公式只有在滿足近軸光線的條件下才能成立。當(dāng)孔徑較大時，有許多遠(yuǎn)軸光線也進(jìn)

5、入了透鏡，近軸光線和遠(yuǎn)軸光線經(jīng)透鏡折射后不能在同一點上會聚。換句話說，主軸上一物點經(jīng)透鏡成像后，像不是一個點，而是一個圓斑，這樣就產(chǎn)生了球面像差。消除的方法有二：一是在透鏡前加一光闌，用以限制遠(yuǎn)軸光線的進(jìn)入。這樣做，會使顯微鏡的孔徑數(shù)降低，從而降低了顯微鏡的分辨率。二是用復(fù)合透鏡法，顯微鏡物鏡就是1采用這種方法制作的。22.1.2慧形像差傍軸物點.它正適用于顯微鏡發(fā)出的寬闊光束經(jīng)透鏡后在像平面上不再交于一點，而是形成如彗星樣的亮斑，稱為慧形像差。球差和慧差往往混在一起，只有當(dāng)軸上物點的球差已消除時，才能明顯地觀察到傍軸物點的慧差。2.

6、1.3色像差由于折射率隨顏色、波長而變，同一物點不同顏色的光所成的像，無論位置和大小都不同，這樣就產(chǎn)生了色像差。消除的方法是采用消色差透鏡組，即用冕牌玻璃的凸透鏡和火石玻璃的凹透鏡組成復(fù)合透鏡。當(dāng)把由幾何光學(xué)計算得到的幾何像差和色像差基本消除后，由于存在衍射效應(yīng)，理想成像條件仍不能滿足。2.2照明對顯微鏡分辨率的影響2.2.1非相干光照明瑞利判據(jù)的前提就是兩光點的光是非相干光。一般我們討論的兩光點都是自然光，這樣，由兩點發(fā)出的光在像面上疊加時，遵守強(qiáng)度疊加法則。當(dāng)一個物點（點光源）在像平面上產(chǎn)生的愛里斑的中心正好落在近傍的第二個物點（

7、點光源）所產(chǎn)生的愛里斑的邊緣上時，則說它們是顯微鏡剛能分辨的兩個物點（點光源），繪出兩物點（等亮度）間隔為瑞利間格(即后面（8）式中的d)時兩個愛里斑的重疊情況，就能得到合強(qiáng)度曲線，這曲線在兩個峰值的中間有一個凹陷，其最低點的強(qiáng)度Ic等于峰值Io的0.735倍，即：Ic：：Io=0.735：1這可以看作是瑞利判據(jù)的強(qiáng)度表述：若在兩個點像的中央，合成強(qiáng)度分布有26.5%的下陷，則我們說對應(yīng)的兩個物點剛剛能被分辨。2.2.2相干光照明用發(fā)自一點的單色光來照明標(biāo)本，從標(biāo)本上相鄰兩點發(fā)出的光是相干光。在兩物點間隔為瑞利間格時，將像的強(qiáng)度曲線繪

8、制出來。這時我們看到兩個像點中央的光強(qiáng)度沒有凹陷，反而高出原最大值的47%。為什么會這樣呢？是因為相干光照明引起的。當(dāng)兩物點（點光源）發(fā)出的光是相干光時，在像平面上是振幅相加（干涉）而不是強(qiáng)度相加。為了對相干照明下的兩物